时延网络控制系统的输出反馈镇定与仿真(附件)【字数:11224】

摘 要摘 要随着科学技术的不断发展,在控制理论界中,也与现代的计算机技术不断的融合,产生了网络控制系统。研究网络控制系统非常具有意义。本文针对短时延网络控制系统,不考虑数据包的丢失,采用单包传输,传感器采用时间驱动,控制器以及执行器都采用事件驱动。本文主要研究的是线性对象。为了更贴近实际网络,考虑了外部干扰,研究并建立了短时延网络控制系统的数学模型。然后结合鲁棒控制理论,以及线性矩阵不等式等理论工具,对本文所建立的数学模型设计出动态输出反馈控制器。其后,通过Matlab LMI工具箱对以设计出动态反馈控制率为目的的参数得出可行性解。最后,把具体设计得出的参数算出动态反馈控制器数据代入到Matlab simulink中,得出使系统稳定的图。关键词网络控制系统; 时延; 鲁棒控制理论; 线性矩阵不等式; 动态输出反馈控制器
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究目的和意义 1
1.2研究现状 2
1.3网络控制系统存在的问题 2
1.3.1采样周期 3
1.3.2网络时延 4
1.3.3数据包丢失 6
1.3.4网络调度 6
1.3.5节电驱动方式 7
1.3.6单包传输和多包传输 7
1.4理论基础 8
1.4.1输出反馈控制器 8
1.4.2李雅普诺夫判据 9
1.4.3线性矩阵不等式(LMI) 12
1.5本章小结 13
第二章 短时延网络控制系统输出反馈控制器建模 14
2.1网络控制系统的建模 14
2.2离散模型的网络控制系统的建模 14
2.3本章小结 18
第三章 短时延网络控制的稳定性分析 19
3.1基于输出反馈控制器控制器的稳定性分析 19
3.2输出反馈控制器设计 22
3.3仿真 25
3.4本章小结 32
第四章 结论 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1研究目的和意义
在 194 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });

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8年由维纳的著作《控制论 —— 关于在动物机器中控制和通信的科学》 出版之后,人们一直都在考虑应如何提高人与机器之间的通信能力[1]。 伴随着科学技术的不断创新与进步,控制理论已经逐步向网络技术和通信技术融合。也正因为时代的进步,不可避免的带来工业控制的扩张,随之便是大大提高了控制的复杂度,主要的便是设备的增加与扩充。而按照传统的工业控制,不断增加的设备带来各种点点连接,这种方式早已趋于饱和。此情况便是,由于满足日趋复杂的系统,随着现场设备的增加,系统带来的布线日渐复杂,成本大大提高,灵活性也跟不上、抗干扰能力越来越差、扩展不方便等等。而应运而生的网络控制系统 (NCS) 便能满足日趋严格性能指标的要求。所以,传统的封闭集中体系已无法满足社会的需要,改头换面已成大势,即转向开放的分布体系。
而所谓的分布式控制系统,它并不需要通过把所有控制节点聚到一起,形成一个中央控制元,而是将这些具有控制功能的控制节点离散分布开来,到达现场设备中,形成一个类似蛛网的分布网面,而后再通过智能现场设备,即是一个将通信交给计算机网络的系统,这便是网络控制系统 (NCS) 。此NCS运用计算机网络系统,取缔了原先封闭的控制系统采取的点与点相触碰的布线方式。此举便是,以通信网络作为介质,将控制中必须的传感器、控制器与执行器连接到一起。这样的方式优势便是摒弃了传统连接彼此之间敷设的专线,由此便可让整个系统轻便与灵活起来。大大方便了系统的安装与维护,提高系统的诊断能力,而且能够实现原来系统所没有的资源共享、远程操作和控制等功能。
网络控制系统 (NCS) 的示意图如11所示。其中,“传感器 — 控制器时延 ”记为,“控制器 — 执行器时延 ”记为。

图1-1 网络控制系统结构图
1.2研究现状
目前,现代的许多复杂的控制系统类如:远程遥控操作、无线网络控制机器人、运输工具、交通控制、远程医疗、基于网络技术的远程教学和实验 、兵器武装系统等,以及工业以太网技术和现场总线等,这些归根结底都可以归纳为基于网络的控制系统 。 另外 ,网络控制系统在高危、高复杂度的工控领域和所求精密稳定的航空航天领域也具相当前景与发展空间。
由于近年来网络控制系统在工业系统中广泛的应用,对于网络控制系统的研究已成为国际间控制理论界的一个热门的学术问题。如:Proceedings of The IEEE (2007) ,IEEE Trans. Automatic Control (2004),Industrial Informatics,CyberneticsPart C ( 2007 ) ,IEEE Trans. Systems,Man,IEEE Trans. 等竞相出版和征稿网络控制系统研究方面的专刊,国内外的《自动化学报》、《Automatica》、《仪器仪表学报》和《International Journal of Control》等重要期刊也存在大量的关于 NCS 方面的研究。由于普及的大量的智能设备,以及普及的基于网络技术的工控领域为NCS的应用和发展提供了必要的理论和现实基础。
1.3网络控制系统存在的问题
网络控制系统无疑具有可以远程操作与控制、实现各种资源的共享、能够具有较高的诊断能力、并能增加系统的灵活性与可靠性、安装与维护简便等诸多优点以及传统控制所没有的优势。但是,由于必须要通过通信网络的参与,不可避免地导致了一些在网络上的问题。这些问题主要包括:(1) 采样周期 (2) 网络时延 (3) 数据包丢失 (4) 网络调度 (5) 单包传输与多包传输 (6) 节点的驱动方式等。以下便是这几个问题的详细介绍。
1.3.1采样周期
为了便于分析和简化对系统的研究,一般都对传统的计算机控制中以等周期对对象进行采样。但是,这样的假设仅仅都是理论上的,在实际的网络控制系统中,往往并不是等周期采样。

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