多采样率网络控制系统的建模与稳定性分析

作     者：关虎昌 guanhuchang

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志文

授予年度：2014年

页      码：63页

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：多采样率 网络控制系统 线性矩阵不等式 

摘      要：网络控制系统是通过网络形成的一种全分布、网络化实时反馈控制系统,它是计算机技术、网络通信技术与控制科学发展的产物,具有信息资源共享、系统成本低、使用灵活、易于维护等优点,在现代工业中已成功应用,并且取代了传统点对点的控制系统。未来的几十年中,网络化控制系统必将深刻地影响和推动控制理论及其应用。 目前的研究中,仍然沿用传统计算机控制系统中关于采样器和保持器的基本假设,即系统输入通道和输出通道的保持器和采样器均按同一采样周期同步动作且系统的各个回路的采样和保持采用相同的采样周期。然而,网络控制系统规模比较庞大、复杂、各被控对象、检测装置分布于不同的地理位置且具有不同的物理特性,完成的控制任务也有本质差别,其实时信息的变化速率差异性很大,使得传统的采样控制理论已近不再适用于网络化系统,而解决这些问题最行之有效的方法就是考虑每一回路的基本特征,针对不同的被控对象、检测装置和控制任务,实施多采样率策略。目前关于多采样率网络控制系统的研究处于初始阶段,获得成果也比较少,本文针对网络控制系统采用多采样策略,对多采样率网络控制系统进行建模和稳定性分析。本文的主要工作如下： (1)针对输入多采样率网络控制系统,利用提升技术建立输入多采样率网络控制系统的模型,对建立的模型利用李雅普诺夫理论和线性矩阵不等式技术进行分析,并且得到系统稳定的充分条件,用MATLAB对得到结论进行验证,证明所得结论的正确性。 (2)针对输出多采样率网络控制系统,利用被控对象的状态方程,推导输出通道采用多采样率的输出方程,为了全部利用输出多采样率的值,选取多率输出反馈,推导系统的闭环模型,对其模型利用李雅普诺夫理论和线性矩阵不等式方法进行分析,并得到系统稳定的充分条件。 (3)输出和输入都采用多采样率,针对每一回路输出采样周期和输入采样周期相同,即一种特殊广义多采样率控制系统,建立特殊广义多采样率网络控制系统的模型,并对其模型利用李雅普诺夫理论和线性矩阵不等式方法进行分析,得到系统稳定的充分条件。 (4)针对多输出多输入网络控制系统建立具有时延的模型和同时具有时延和丢包的模型,并把这两个建立的模型变换成统一模型,并对其进行稳定性分析,得到系统稳定的充分必要条件。