存在時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì).pdf

1、本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失兩大基本問題為研究對(duì)象，研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)包丟失和誘導(dǎo)時(shí)延下的最優(yōu)控制及穩(wěn)定性分析。 首先，研究了存在數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及最優(yōu)控制。針對(duì)同時(shí)存在前向通道和反饋通道數(shù)據(jù)包丟失的離散時(shí)間系統(tǒng)，分別將數(shù)據(jù)包丟失作為獨(dú)立的貝努利過程進(jìn)行建模，通過對(duì)量化器量化水平參數(shù)的約束條件，確保狀態(tài)估計(jì)在均方差意義下的穩(wěn)定，并基于約束條件獲得前向通道的最大丟包率的一個(gè)上界。與此同時(shí)，基于線性二次型

2、最優(yōu)控制(LQG)性能指標(biāo)和狀態(tài)估計(jì)，給出了具有數(shù)據(jù)包丟失的系統(tǒng)最優(yōu)控制律，運(yùn)用線性矩陣不等式(LMI)技術(shù)和二分法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并給出了反饋通道最大丟包率的一個(gè)優(yōu)化算法。最后通過仿真實(shí)例驗(yàn)證了理論結(jié)果。 其次，研究了存在時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償算法和最優(yōu)控制律設(shè)計(jì)。針對(duì)系統(tǒng)存在的隨機(jī)時(shí)延，分別設(shè)計(jì)出在全狀態(tài)反饋方式和輸出反饋方式下的狀態(tài)觀測(cè)器，通過狀態(tài)觀測(cè)器的算法補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)延的補(bǔ)償，從而獲得更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)估計(jì)。與此同時(shí)，基于L

3、QG性能指標(biāo)，給出了隨機(jī)時(shí)延系統(tǒng)的最優(yōu)控制律，減弱了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和系統(tǒng)噪聲對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，通過了實(shí)例仿真，證實(shí)了提出狀態(tài)觀測(cè)器進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償算法和最優(yōu)控制律設(shè)計(jì)的有效性。 隨后，針對(duì)同時(shí)存在數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延的一類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，將其建模為山結(jié)構(gòu)事件率約束的異步動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(ADS)，針對(duì)無(wú)數(shù)據(jù)包丟失時(shí)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)包丟失率已知時(shí)，利用線性矩陣不等式算法和李亞普諾夫方法，給出了系統(tǒng)指數(shù)

4、穩(wěn)定的充分條件、系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的容許數(shù)據(jù)丟包率和系統(tǒng)開環(huán)狀態(tài)及閉環(huán)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，最終得到了狀態(tài)反饋控制律和最大容許數(shù)據(jù)丟包率，仿真結(jié)果表明了理論分析的正確性。 最后，針對(duì)數(shù)據(jù)包丟失和時(shí)延同時(shí)存在的的這類系統(tǒng)建立了帶有補(bǔ)償估計(jì)器的NCS模型，當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)生丟失時(shí)，通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包丟失估計(jì)補(bǔ)償器，利用估計(jì)補(bǔ)償器的信息來更新控制器的輸出，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。由仿真結(jié)果表明，帶補(bǔ)償器和估計(jì)器的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能有效降低時(shí)延和丟包對(duì)系統(tǒng)的影響，最終來