基于自由权矩阵的网络控制系统分析与设计-控制理论与控制工程专业论文.docx

本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者 签名：差垮三签名：型 、蟹≯ 日期：日期： 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：壑当_导师作者签名：兰兰：：导师 期：竺年』月三日 摘 摘 要 随着计算机技术、网络技术和通信技术的快速发展，网络控制 系统在许多控制领域都得到越来越广泛的应用。在网络控制系统中， 传感器、执行器和控制器之间通过通信网络相互连接，不可避免地 会产生时滞。网络诱导时滞的存在会降低系统的控制性能，甚至会 导致系统不稳定。而且网络诱导时滞往往是时变的，这使得网络控 制系统的分析与设计更为复杂。如何求得网络控制系统的最大允许 时滞上界(MADB)并设计有效的控制器，以确保在MADB的范围 内系统的稳定性和控制性能，这是本文的研究目的。借助于Lyapunov 稳定性理论和自由权矩阵方法，本文讨论网络控制系统的稳定性分 析与镇定控制、保成本控制、鲁棒风控制以及鲁棒风滤波器的设 计等问题。论文的主要研究成果如下： (1)提出网络控制系统的稳定性条件以及状态反馈镇定控制器 设计方法。 针对带有时变时滞的连续时间网络控制系统，利用Lyapunov ．Krasovskii泛函和改进的自由权矩阵方法，通过保留Lyapunov ．Krasovskii泛函导数中的所有项，获得网络控制系统的稳定性条件， 并推广到带有时变结构不确定性的网络控制系统，在此基础上提出 状态反馈镇定控制器的设计方法，并采用基于线性矩阵不等式(LMI) 的改进锥补偿算法(ICCL)求解非线性矩阵不等式(NLMI)，获得 保证网络控制系统稳定的MADB以及控制器的参数。同时，利用类 似的方法获得离散时间网络控制系统的稳定性条件以及镇定控制器 设计方法。数值实例表明所提方法的有效性和相比已有方法较低的 保守性。 (2)提出网络控制系统的保成本控制器设计方法。 根据网络控制系统的性能要求，利用Lyapunov．Krasovskii泛函 和改进的自由权矩阵方法，研究连续时间网络控制系统保成本控制 器的设计方法。通过ICCL算法求解控制器的参数，得到满足给定性 能要求的保成本控制器。同时提出离散时间保成本控制器设计方法。 数值实例表明所提方法的有效性和相比已有方法更小的保成本性能 指标。 (3)提出网络控制系统的鲁棒风控制器设计方法。针对一类连续时间网络控制系统，利用Lyapunov．Krasovskii泛 (3)提出网络控制系统的鲁棒风控制器设计方法。 针对一类连续时间网络控制系统，利用Lyapunov．Krasovskii泛 函和改进的自由权矩阵方法，建立网络控制系统的风性能准则，在 此基础上提出风状态反馈控制器的设计方法，并推广到鲁棒风控 制器的设计。同时采用类似方法得到离散时间网络控制系统的风控 制器的设计方法。数值实例表明该方法是有效的并具有较好的鼠性 能。 (4)提出基于网络的鲁棒凰滤波器设计方法。 针对连续时间网络控制系统，利用Lyapunov．Krasovskii泛函和 改进的自由权矩阵方法，通过保留Lyapunov．Krasovskii泛函导数中 的所有项，并对系统中不同部分的不确定性进行分别处理，建立基 于网络的滤波器误差系统鲁棒风性能分析准则，在此基础上得到基 于LMI的鲁棒鼠滤波器设计方法。采用类似的方法，获得基于网络 的离散风滤波器设计方法。数值实例表明该方法的有效性以及相比 已有方法的较小保守性。 关键词 网络控制系统，时滞，时滞相关，自由权矩阵，线性矩阵 不等式 AB AB STRACT With the rapid developments of computer, network and communication technologies，networked control systems(NCSs)have been widely applied in many control fields．In NCSs，sensors，actuators， and controllers