多采样率网络化控制系统的优化控制

作     者：张业飞 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周颖

授予年度：2020年

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：网络化控制系统 多采样率 不确定采样周期 不确定时延 最优控制律 

摘      要：由于网络化控制系统具有成本低、接线少、远程控制、灵活性强等众多优点,在工控和自动化等领域都得到广泛应用。然而由于目前网络技术和硬件的限制,控制数据在传输过程中会产生时延、丢包、采样周期波动等不可避免的问题,同时一个控制系统也不再局限于单一采样率,多采样率网络化控制系统的研究得到广泛关注。本文首先研究了具有不确定短时延和丢包的输入多采样率和输出多采样率网络化控制系统的H优化控制问题,在此基础上进一步考虑系统采样周期的不确定性,研究广义多采样率网络化控制系统H优化控制器的设计问题,具体如下:(1)针对具有不确定短时延和丢包的输入多采样率网络化控制系统,给出系统最优H状态反馈控制律的设计方法。假设输出采样周期是输入采样周期的整数倍,根据输出采样周期对系统进行离散化,利用伯努利随机序列描述系统丢包且假设丢包概率已知,利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式分析系统的稳定性,得到系统最优H状态反馈控制律存在的充分条件。最后,以永磁同步电机为例,通过MATLAB仿真来说明方法的有效性。(2)针对具有不确定短时延和丢包的输出多采样率网络化控制系统,给出系统最优H动态输出反馈控制律的设计方法。假设系统的状态不可量测,选择具有时延补偿功能的动态输出反馈控制器。此时输入采样周期是输出采样周期的整数倍,利用伯努利随机序列描述系统丢包且假设丢包概率已知,将时延的不确定性转换为矩阵参数的不确定性,利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式来分析系统的稳定性,得到系统最优H动态输出反馈控制律存在的充分条件。最后,以永磁同步电机为例,通过MATLAB仿真来说明方法的有效性。(3)针对具有不确定采样周期、不确定短时延和丢包的广义多采样率网络化控制系统,给出系统最优H动态输出反馈控制律的设计方法。在广义多采样率情况下,系统看成是由多个子系统组成的,各个子系统采样周期不同。利用区间矩阵原理将采样周期和时延的不确定性转化为矩阵参数的不确定性,利用李雅普诺夫稳定性理论结合线性矩阵不等式来分析系统的稳定性,得到系统最优H动态输出反馈控制律存在的充分条件。最后,以永磁同步电机为例,通过MATLAB仿真来说明方法的有效性。