广义网络控制系统的控制器设计与仿真(附件)【字数：15318】
?? 作为正常系统推广的广义系统，在很多的实际系统模型内都会存在，但是对于广义系统作为被控对象的广义网络控制系统却很少有人研究。因为广义系统和正常系统有很大的区别，在正常系统内适合的理论知识在广义系统内并不一定会适用，并且由于广义系统本身是很复杂的，使得广义网络控制系统的研究变得非常必要并且是非常困难的，有着很大的挑战性。 本课题以广义网络控制系统为研究对象，学习研究具有短时延的广义网络控制系统，并学会建立系统的数学模型，同时考虑系统的控制器设计问题。根据已有的文献，给出时延的广义网络控制系统的控制器存在的条件。设计相应的状态反馈控制器，使得系统能够稳定。利用Matlab线性矩阵不等式工具箱和Matlab Simulink工具箱，通过实例给出系统的仿真结果和仿真图。在本文内，考虑了一类具有时间延迟的广义网络控制系统。首先，将网络化控制系统建模为具有时间延迟的线性离散系统。然后，通过Lyapunov函数和LMI技术，使得广义网络有足够的条件达到稳定性时给出控制系统，同时我们也可以得到状态反馈控制器。 最后，给出两个例子来说明所提出的方法的有效性。关键词广义系统；网络控制系统；广义网络控制系统；控制器
目录
第一章 绪论 1
1.1研究的目的及意义 1
1.2网络控制系统概述 2
1.2.1网络控制系统的研究背景 2
1.2.2网络控制系统的主要问题 4
1.3广义系统概述 7
1.4广义网络控制系统概述 9
1.4.1广义网络控制系统的研究背景 9
1.4.2广义网络控制系统的主要问题 10
1.5 预备知识 11
1.5.1控制理论基础 11
1.5.2控制系统的基本要求 12
第二章 带有时延的广义网络控制系统的控制器设计 12
2.1引言 13
2.2广义网络控制系统的数学模型 13
2.3 稳定性分析 15
2.4状态反馈稳定 16
第三章 广义网络控制系统的控制器设计 19
3.1引言 19
3.2广义网络控制系统建模 19
3.3广义网络控制系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
稳定性分析 21
第四章 广义网络控制系统仿真 24
4.1 控制系统仿真工具MATLAB/Simulink简介 24
4.2线性矩阵不等式方法 25
4.3仿真实例 26
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
第一章 绪论
1.1研究的目的及意义
随着计算机技术、电子及通讯技术的快速发展，使得网络相关应用在全世界区域内逐渐遍及，并且关系到社会生活的方方面面。在控制领域内，网络己经慢慢进入到人们的视线内并且使得控制系统的结构发生着巨大变化。用公用或着专用的通讯网络来替代传统控制系统内点对点的模式已经变得越来越常见。这称作网络控制系统(NetworkedControl System，简记为NCS)，是通过网络形式所形成的闭环的反馈控制系统。和以前的点对点结构的控制系统相比较，NCS有着维护与安装简捷、成本小、功耗低、可以实现资源共享、能够进行远程操作等等优点[1]。 NCS的长处是在于能够实现本钱的共享与远程的分布控制，系统构建的模块化与集成化、成本低、易扩展、故障诊断及维护方便、灵活性较强[2]。网络控制系统充分的展示了控制系统分散化、集内化、网络化以及节点智慧化的发展态势。
网络节制系统把疏散在不同位置的节制器、传感器和执行器结连起来以网络的形式，成为了一种闭环的全疏散式的及时的反馈系统。克制器通过网络的形式和传感器与执行机构换取信息，并且达到对于远程被控对象的克制。对于网络化节制系统的所有上述所长，近些年对于被控对象为正常系统的网络节制系统着很多的研究，然而被控对象是广义系统模型的网络克制系统是一种更具一般化，并且有着宽泛应用背景的动力学系统，在很多实际的系统模型内大量出现，比如机器人的系统、电力的系统、经济的系统、航天的系统与电子网络等等，对它进行的研究有着很大的实际及应用价值。
广义网络控制系统，也就是被控对象是广义系统模型的一种网络化控制系统。和被控对象是正常系统的网络控制系统类似，因为通讯网络的宽带被系统各各节点所共亨并且是有限的，当执行机构、传感机构和控制机构以网络的形式交互数据时，数据的多路径运输、多包的运输、数据的对撞、网络的堵塞、网络的连接内断等等景象是肯定会存在的，这就使得广义网络控制系统有着很多的问题，这些特殊的问题都是有待钻研和解决的:数据的传递时延、数据的丢包、不确定的数据传递、实变的传递周期、数据包的时序错杂、时钟的同步形式、节点的驱动形式、多率采样、空采样、信息的调度算法与通讯网络的堵塞等等。这些问题使广义网络控制系统就会失落因果性、完整性、定常性与确定性[3]。同时，因为广义网络控制系统本身就有着正常系统没有的特性。广义系统的分析和研究的运算量是及其繁杂、庞大的。在广义网络控制系统的分析和设计内早已不能直接使用传统的控制理论，一定要根据广义网络控制系统自身的特色，从头开始评测与建立广义网络控制系统的控制理论原理和控制方法。
广义网络控制系统是一种繁杂的全分布式的控制系统，集控制系统和通讯网络在一体。在广义网络控制系统的研究内，触及到计算机的科学、机械电子工程的理论、可靠性的理论、控制的理论、软件工程的理论、信息的理论等多个专业领域。在当内，计算机的科学和信息的理论、控制实践是系统研究分析的来源根基，而对于机械电子工程实践、可靠性实践及软件工程则为工程实现内的设计方法提实践供指导[4]。广义网络控制系统集内了自动控制的技术、数学通讯的技术、计算机的技术、智能的仪表和网络通讯的技术等多种的奇策。从根源上打破了原来的“点对点”式信号控制的不足，形成了一种全全分散的、数字化的、智能的、多变量的、双向的、互连的、多节点控制的和通讯的及时反馈控制系统[5]。 Murray等专家以前说过:控制科学内一个及其重大的发展目标将会是控制、通讯及计算的集成。广义网络控制系统正是往这方向发展。所以，对于广义网络控制系统的研究学习，将会涉及到多个学科的研究范畴，广义网络控制系统的阐明、建立模型与控制不但触及到控制理论内离散、连绵和掺和等等一切的的建立模型、控制技术和阐明方法，而且需要将网络里的信息传递技术考虑进去。广义网络控制系统的特征不但和控制算法有关，而且还跟网络资源的调节及使用戚戚相关。对广义网络控制系统的研究不仅要包孕策画先辈的控制器来满足系统的性能要求，也要策画适合的通讯协议来包管通讯网络的服务水平。这么说来，对于广义网络控制系统的学习与研究不仅有艰巨性而且具有挑战性。
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第一章 绪论 1
1.1研究的目的及意义 1
1.2网络控制系统概述 2
1.2.1网络控制系统的研究背景 2
1.2.2网络控制系统的主要问题 4
1.3广义系统概述 7
1.4广义网络控制系统概述 9
1.4.1广义网络控制系统的研究背景 9
1.4.2广义网络控制系统的主要问题 10
1.5 预备知识 11
1.5.1控制理论基础 11
1.5.2控制系统的基本要求 12
第二章 带有时延的广义网络控制系统的控制器设计 12
2.1引言 13
2.2广义网络控制系统的数学模型 13
2.3 稳定性分析 15
2.4状态反馈稳定 16
第三章 广义网络控制系统的控制器设计 19
3.1引言 19
3.2广义网络控制系统建模 19
3.3广义网络控制系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
稳定性分析 21
第四章 广义网络控制系统仿真 24
4.1 控制系统仿真工具MATLAB/Simulink简介 24
4.2线性矩阵不等式方法 25
4.3仿真实例 26
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
第一章 绪论
1.1研究的目的及意义
随着计算机技术、电子及通讯技术的快速发展，使得网络相关应用在全世界区域内逐渐遍及，并且关系到社会生活的方方面面。在控制领域内，网络己经慢慢进入到人们的视线内并且使得控制系统的结构发生着巨大变化。用公用或着专用的通讯网络来替代传统控制系统内点对点的模式已经变得越来越常见。这称作网络控制系统(NetworkedControl System，简记为NCS)，是通过网络形式所形成的闭环的反馈控制系统。和以前的点对点结构的控制系统相比较，NCS有着维护与安装简捷、成本小、功耗低、可以实现资源共享、能够进行远程操作等等优点[1]。 NCS的长处是在于能够实现本钱的共享与远程的分布控制，系统构建的模块化与集成化、成本低、易扩展、故障诊断及维护方便、灵活性较强[2]。网络控制系统充分的展示了控制系统分散化、集内化、网络化以及节点智慧化的发展态势。
网络节制系统把疏散在不同位置的节制器、传感器和执行器结连起来以网络的形式，成为了一种闭环的全疏散式的及时的反馈系统。克制器通过网络的形式和传感器与执行机构换取信息，并且达到对于远程被控对象的克制。对于网络化节制系统的所有上述所长，近些年对于被控对象为正常系统的网络节制系统着很多的研究，然而被控对象是广义系统模型的网络克制系统是一种更具一般化，并且有着宽泛应用背景的动力学系统，在很多实际的系统模型内大量出现，比如机器人的系统、电力的系统、经济的系统、航天的系统与电子网络等等，对它进行的研究有着很大的实际及应用价值。
广义网络控制系统，也就是被控对象是广义系统模型的一种网络化控制系统。和被控对象是正常系统的网络控制系统类似，因为通讯网络的宽带被系统各各节点所共亨并且是有限的，当执行机构、传感机构和控制机构以网络的形式交互数据时，数据的多路径运输、多包的运输、数据的对撞、网络的堵塞、网络的连接内断等等景象是肯定会存在的，这就使得广义网络控制系统有着很多的问题，这些特殊的问题都是有待钻研和解决的:数据的传递时延、数据的丢包、不确定的数据传递、实变的传递周期、数据包的时序错杂、时钟的同步形式、节点的驱动形式、多率采样、空采样、信息的调度算法与通讯网络的堵塞等等。这些问题使广义网络控制系统就会失落因果性、完整性、定常性与确定性[3]。同时，因为广义网络控制系统本身就有着正常系统没有的特性。广义系统的分析和研究的运算量是及其繁杂、庞大的。在广义网络控制系统的分析和设计内早已不能直接使用传统的控制理论，一定要根据广义网络控制系统自身的特色，从头开始评测与建立广义网络控制系统的控制理论原理和控制方法。
广义网络控制系统是一种繁杂的全分布式的控制系统，集控制系统和通讯网络在一体。在广义网络控制系统的研究内，触及到计算机的科学、机械电子工程的理论、可靠性的理论、控制的理论、软件工程的理论、信息的理论等多个专业领域。在当内，计算机的科学和信息的理论、控制实践是系统研究分析的来源根基，而对于机械电子工程实践、可靠性实践及软件工程则为工程实现内的设计方法提实践供指导[4]。广义网络控制系统集内了自动控制的技术、数学通讯的技术、计算机的技术、智能的仪表和网络通讯的技术等多种的奇策。从根源上打破了原来的“点对点”式信号控制的不足，形成了一种全全分散的、数字化的、智能的、多变量的、双向的、互连的、多节点控制的和通讯的及时反馈控制系统[5]。 Murray等专家以前说过:控制科学内一个及其重大的发展目标将会是控制、通讯及计算的集成。广义网络控制系统正是往这方向发展。所以，对于广义网络控制系统的研究学习，将会涉及到多个学科的研究范畴，广义网络控制系统的阐明、建立模型与控制不但触及到控制理论内离散、连绵和掺和等等一切的的建立模型、控制技术和阐明方法，而且需要将网络里的信息传递技术考虑进去。广义网络控制系统的特征不但和控制算法有关，而且还跟网络资源的调节及使用戚戚相关。对广义网络控制系统的研究不仅要包孕策画先辈的控制器来满足系统的性能要求，也要策画适合的通讯协议来包管通讯网络的服务水平。这么说来，对于广义网络控制系统的学习与研究不仅有艰巨性而且具有挑战性。
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