非线性时延网络控制系统输出反馈控制器设计(附件)【字数:11708】
由于计算机网络技术的日新月异,与此同时我们在生活中对于网络控制技术的需求越来越高。网络控制系统,因其具有低廉的造价、分布的控制等优点,而广泛地应用于电力、电子和宇航等远程控制系统中。目前,越来越多的专业人士投身于非线性网络系统的建设里。之前因为更多人研究线性网络控制系统,所以对于非线性网络控制系统领域,我们目前还需要更多的探寻。 现在非线性网络控制系统中存在很多的问题,像是网络诱导时延问题、数据包丢失问题、单包传输与多包传输问题、数据包的时序错乱问题、网络调度问题,时钟同步问题,还有系统的稳定性问题等等。因此,在非线性网络控制领域,还需要付出很多努力。本文主要研究了非线性网络控制系统这一领域,考虑了非线性网络控制系统的输出反馈控制器设计问题。 对于非线性网络控制系统建模,我们是在考虑采样器到控制器的时延和控制器到执行器的时延的基础上。首先对系统进行数学建模,然后利用Matlab软件和线性矩阵不等式技巧,我们可以对该非线性网络系统稳定性进行分析。对系统稳定性进行分析后,能够得出了控制器存在所期望的条件,我们就可以按照这个条件对控制器进行设计。关键词:非线性网络控制系统;控制器设计;线性矩阵不等式;网络诱导时延
目录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 非线性时延网络控制系统现状及其存在的问题 1
1.2.1非线性NCS概述 1
1.2.2非线性网络控制系统现状 2
1.2.3网络诱导时延 3
1.2.4数据包丢失 3
1.2.5 单包传输与多包传输 4
1.2.6数据包的时序错乱 4
1.2.7网络调度 4
1.2.8时钟同步 5
1.2.9系统的稳定性问题 6
1.3 主要研究内容 6
第二章 理论基础知识 7
2.1非线性网络控制系统的特性 7
2.2非线性系统稳定性分析 7
2.3线性矩阵不等式分析 8
2.4连续状态空间表达式的离散化 10
第三章 非线性网络控制系统建模 13
3.1.前言 13
3.2非线性NCS数学模型建立 13 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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第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 非线性时延网络控制系统现状及其存在的问题 1
1.2.1非线性NCS概述 1
1.2.2非线性网络控制系统现状 2
1.2.3网络诱导时延 3
1.2.4数据包丢失 3
1.2.5 单包传输与多包传输 4
1.2.6数据包的时序错乱 4
1.2.7网络调度 4
1.2.8时钟同步 5
1.2.9系统的稳定性问题 6
1.3 主要研究内容 6
第二章 理论基础知识 7
2.1非线性网络控制系统的特性 7
2.2非线性系统稳定性分析 7
2.3线性矩阵不等式分析 8
2.4连续状态空间表达式的离散化 10
第三章 非线性网络控制系统建模 13
3.1.前言 13
3.2非线性NCS数学模型建立 13 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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第四章 控制器设计 15
4.1非线性NCS稳定性分析 15
4.2非线性时延网络控制系统输出反馈控制器的设计 18
4.3仿真算例 20
结语 24
致谢 25
参考文献 26
附录 28
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
在当今社会,科学技术迅速发展,控制系统的构成发生了巨大变化。目前很多工具都是应用非线性网络控制系统,例如跟随卫星的雷达天线系统,水位自动控制系统,楼宇自动控制系统等等。这种系统应用到好多领域,比如在拥有大规模区域的广域分布式系统(如大型工业过程控制系统)中,还有在集中的小范围的系统(如航天器,游艇以及太阳能电车等)。对于非线性网络控制系统的运作,其实就是检测数据然后发出各种指令信号,最后达到传输的目的。
同济大学的于之训等研究了“网络控制系统”。对于一个控制系统而言,从总体看,需要性能稳定可靠,而系统部分硬件对于信息资源处理很迅速,而非线性NCS就是这样的,所以越来越多的控制系统采用了非线性控制网络技术。信息在系统中传递时,会在在传感器,执行器和控制器之间造成不确定时延,具体原因如下:(1)在不同网络环境下,很多人在一块使用一个网络系统,这就必然导致每个人获得的网速不一样,这就引起了网络诱导时延。我们在使用不同的网络时,网络控制系统的建模、分析与控制会产生不同的性质的时延;(2)信息处理设备在传输信息资源时,会选择不同方式完成,这样就会诱导网络时延和网络数据包发生丢失;(3)有的时候网络数据包的时序错乱和数据包的丢失,是因为网络中存在不可避免地网络阻塞和连接中断。这些不可避免的原因会降低了系统性能,从而导致系统不稳定。所以我们这个课题研究设计具有时延的非线性网络控制系统的输出反馈控制器,这样我们就能够把反馈过来的信息用来使系统达到稳定;我们也可以从控制的方面来思考,利用目前有的有效方法,来降低系统时延,提高系统性能,从而使系统稳定。这对于NCS的发展有很深远的影响。
1.2 非线性时延网络控制系统现状及其存在的问题
1.2.1非线性NCS概述
我们接触更多的是线性网络控制系统,因为NCS是更普遍存在的,而非线性NCS我们研究的很少,但是它们的研究方法有很多相似的地方。
在当今社会,对于非线性时延NCS的研究受到了国内外学者的密切关注如。我们用不同的方法,来求线性系统的解,而且叠加原理是成立的。大多数非线性系统,它的解是不能用函数表示出的,即它的解不能求出。因此在以前的时候,不需要求解的非线性系统都是直接根据非线性系统来探讨系统的性质,这也成了研究非线性系统的一直特殊方式。当时用这种方法研究非线性系统的绝对稳定性,许多伟大的学者取得了相当不错的成果。
关于非线性NCS的讨论是控制理论当中一个很重要的基本问题,但是我们对于它的研究缺乏系统的、普遍的理论和方法,我们就想到发展综合方法来解决问题。经过验证,这种方法很完整,很适合非线性NCS系统。但是由于它的一般性,在分析稳定性和反馈镇定时,不能完全解决构造性变结构控制等问题。但是这种方法在19世纪受到重视,它被演变成一种实用的非线性控制的综合方法微分几何法。非线性控制系统研究的一个主要内容就是微分几何法,用这种方法研究非线性系统的结构分析、分解以及与结构有关的控制设计是相当简便的。用微分几何法研究非线性系统是迎合当今科学发现的方向,但这种方法也存在缺点,我们可以看出它是无层次性的、复杂的。因此,我们需要通过引进现有的更完整的数学知识来探究非线性NSC更多的性质。
关于非线性NCS的理论是很复杂的,要解决所有相关的问题是不可能的。严格说来,虽然我们研究非线性系统,有着悠久的历史,但是我们对该系统的了解是有限的。
任何系统理论发展到一定程度的时候,都会被人提出各种各样的怀疑问题。对于一些非常复杂的非线性系统的应用,比如机器人的发展,火箭、航空母舰、大型柔性结构的控制,我们会考虑接下来对于这些应用的进一步发展,用现有的非线性理论还行不行。那么我们就需要更先进的科学技术来保证非线性NCS理论的发展,只有这样我们才能在这块领域上有更多的突破,源源不断的新成果也会面世。
1.2.2非线性网络控制系统现状
不同于其他系统理论,国内外的学者对非线性NCS的研究相当少,对非线性网络控制系统的研究仅限于一些浅易的理论知识,相关的应用很少。现有文献中,关于网络化的控制系统理论的研究内容主要是对网络控制系统建模、分析及控制系统设计需要的一些基本的思路和方法。而对于常见的数据包丢失、单包传输与多包传输、网络控制系统网络诱导时延、数据包的时序错乱、网络信息调度等许多问题研究较少,还有需要更多研究,尤其是非线性网络控制系统的应用。近年来,连续和离散的时间非线性系统的神经网络自适应控制被更多的学者普遍的研究。当今时代,人们除了继续探究非线性系统的神经模糊建模与控制外,还有针对一些繁琐且相对较为特殊的非线性系统。
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