【摘要】：隨著傳感、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究得到了越來(lái)越多的關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種復(fù)雜的控制系統(tǒng),是由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將不同位置上的組成單元,如控制器,執(zhí)行器以及傳感器等,相互連接起來(lái)而組成的閉環(huán)回路空間分布式控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)特性使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具備維修和保養(yǎng)代價(jià)低,靈活性高,受控節(jié)點(diǎn)分布面積大,易于設(shè)計(jì)大規(guī)模控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。不同于傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接控制系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的諸多益處使其更為廣泛的應(yīng)用到大型工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)際工作中。目前,網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)際控制領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向,并且具有重要的理論意義和實(shí)際背景。如何對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模與分析成為研究方向的一個(gè)重要分支問(wèn)題。單純的依靠數(shù)學(xué)工具進(jìn)行研究,將使得對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究受到局限,從而無(wú)法解決更廣泛領(lǐng)域的問(wèn)題,尤其是針對(duì)一些難以用數(shù)學(xué)模型來(lái)表征的復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模研究方法具備一定的局限性。計(jì)算機(jī)科學(xué)與控制科學(xué)的學(xué)科交雜恰好為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究提供了新的解決方法,開(kāi)啟了一種對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究的新型視角,Petri網(wǎng)最早便是一門(mén)將計(jì)算機(jī)理論與控制理論進(jìn)行融合以此來(lái)分析問(wèn)題的建模技術(shù)。Petri網(wǎng)是一門(mén)基于可視化圖形的語(yǔ)言,其以研究模型系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為為目標(biāo),著眼于系統(tǒng)中可能發(fā)生的各種狀態(tài)變化以及變化之間的關(guān)系。論文主要應(yīng)用Petri網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)進(jìn)行形式化建模,并根據(jù)Petri網(wǎng)的基本性質(zhì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時(shí)延進(jìn)行了分析。在借鑒計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),現(xiàn)代控制技術(shù)的基礎(chǔ)之上,分析網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在的網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題,并研究分析影響其可靠性的主要因素,針對(duì)具體要求,提出使其穩(wěn)定的解決方案。論文的主要內(nèi)容如下:1、本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)保留式建模,利用Petri網(wǎng)的自頂向下建模方法對(duì)控制器,傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行分層細(xì)化再逐步求精。并且將網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延定為在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)隨機(jī)分布,而不是固定的傳輸時(shí)間,進(jìn)一步設(shè)計(jì)丟包和亂序模型,并利用基于Token的時(shí)間戳算法計(jì)算模型中的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。2、本文基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的高級(jí)Petri網(wǎng)模型,提取網(wǎng)絡(luò)時(shí)延數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。首先利用B-W算法建立時(shí)延的隱馬爾科夫模型,并進(jìn)一步驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中前置時(shí)延與后置時(shí)延的馬爾科夫過(guò)程隨機(jī)特性,其次,利用隱馬爾科夫模型對(duì)系統(tǒng)下一狀態(tài)時(shí)延進(jìn)行估測(cè)。最后,將高級(jí)Petri網(wǎng)模型中下一系統(tǒng)狀態(tài)的的時(shí)延與隱馬爾科夫模型估測(cè)的概率時(shí)延進(jìn)行對(duì)比。3、最后,針對(duì)具有伯努利包丟現(xiàn)象的隱馬爾科夫網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),利用控制系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析方法對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,并且針對(duì)擾動(dòng)為零和擾動(dòng)不為零的兩種系統(tǒng)狀態(tài),分別提出了系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)定理,進(jìn)一步通過(guò)線性矩陣不等式證明方法對(duì)判定定理進(jìn)行數(shù)學(xué)證明,并進(jìn)行系統(tǒng)的H∞濾波器的設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

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