分布時滯網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒控制方法研究

發(fā)布時間：2020-07-30 18:25

【摘要】：隨著科技的不斷發(fā)展,對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCSs)領(lǐng)域的研究己逐漸成為學(xué)者們的熱點(diǎn)研究方向。然而,由于網(wǎng)絡(luò)帶寬和通信機(jī)制的限制,網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通信信道中普遍存在時延和丟包的問題,同時,伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)的引入,時滯不可避免地出現(xiàn)在被控對象中,影響著系統(tǒng)的控制效果。分布時滯與網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時滯和隨機(jī)時滯不同,其廣泛存在于材料熱加工、飛機(jī)動力以及火箭發(fā)動機(jī)等實(shí)際系統(tǒng)中,因此,研究帶有分布時滯的系統(tǒng)更具有實(shí)際意義。本論文針對不同的外部噪聲類型,選取不同的性能指標(biāo),逐步深入地對分布時滯網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒控制器設(shè)計(jì)問題展開研究,主要研究內(nèi)容如下:首先,針對非線性的分布時滯NCSs,采用T-S模糊模型予以描述,研究了一類魯棒H_∞和L_1控制器設(shè)計(jì)問題。一方面,應(yīng)用T-S模糊建模思想和平行分布補(bǔ)償(Parallel Distributed Compensation,PDC)原理得到閉環(huán)控制系統(tǒng)的全局模糊模型。當(dāng)系統(tǒng)的外部干擾及輸出信號同為能量有界時,構(gòu)造時滯相關(guān)且基依賴的Lyapunov-Krasovskii泛函,使最終求得的穩(wěn)定性判據(jù)的保守性更低,并由此得到有效的H_∞控制器設(shè)計(jì)方法。另一方面,借助新型的Lyapunov函數(shù)得到使閉環(huán)控制系統(tǒng)滿足均方漸近穩(wěn)定的性能準(zhǔn)則。隨后通過求解LMI的凸優(yōu)化問題來獲取滿足L_1性能指標(biāo)的控制器參數(shù)。其次,當(dāng)控制器參數(shù)存在誤差變化時,提出了一類分布時滯NCSs的魯棒H_∞以及L_2-L_∞非脆弱控制器設(shè)計(jì)方法�；贚yapunov穩(wěn)定性理論并結(jié)合相關(guān)引理進(jìn)行輔助分析,推導(dǎo)出使得閉環(huán)控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定且滿足給定性能約束的H_∞和L_2-L_∞控制器的存在條件。通過對非線性項(xiàng)進(jìn)行解耦,得到非脆弱魯棒控制器參數(shù)的求解方法。通過實(shí)例仿真驗(yàn)證了與常規(guī)控制器相比非脆弱控制器有著同樣好的收斂效果。最后,考慮執(zhí)行器失效故障以及控制器參數(shù)攝動對非線性分布時滯NCSs的影響,針對帶有量化誤差的非理想網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,設(shè)計(jì)了一類魯棒非脆弱L_2-L_∞容錯控制器。引入兩個靜態(tài)對數(shù)量化器,并應(yīng)用扇形有界法以參數(shù)不確定的形式對量化誤差進(jìn)行表示。應(yīng)用T-S模糊建模思想以及PDC原理建立全局模糊的故障模型矩陣。通過選取合適的Lyapunov-Krasovskii泛函,使得所設(shè)計(jì)的L_2-L_∞控制器具有更低的保守性,并通過實(shí)例仿真驗(yàn)證了控制器設(shè)計(jì)方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP273
【圖文】：

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),系統(tǒng)帶,通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)際應(yīng)用

東北石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第一章緒論研究背景及意義系統(tǒng)[1,2](Network Control Systems，NCSs)是一種全分布式成的閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時反饋控制系統(tǒng)。由于引入通信網(wǎng)絡(luò)，控制器、驅(qū)動器和執(zhí)行器等元件能更為便捷的實(shí)現(xiàn)信息共統(tǒng)的各個部件之間采用的是點(diǎn)對點(diǎn)式直接連接，使得現(xiàn)場投入成本增加。不同于傳統(tǒng)的控制方式，NCSs 的全分布度，通過遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)資源共享提高系統(tǒng)的靈活性，減于一些較為復(fù)雜的被控對象模型、更大的被控范圍以及制器數(shù)量，則可采取工程應(yīng)用中對設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制布線的場景的方法。由此，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)得以在更為廣行器群或無人駕駛運(yùn)載工具群的控制，通訊衛(wèi)星或?qū)Ш骄幖罢{(diào)度，或是智能交通中交通工具的協(xié)調(diào)等領(lǐng)域[3-5]。

響應(yīng)曲線,開環(huán)系統(tǒng),響應(yīng)曲線,定理

1 1X PX P，2 2X PX P，3 3X PX P，1 1Y PY P，2 2Y PY P，11 1 ，K KP。變量替換后即可得到式(2-2-10)和(2-2-11)。因此，定理 2.2.2 證畢。2.2.4 實(shí)例仿真考慮形如式(2-2-1)的不確定時滯系統(tǒng)，相應(yīng)參數(shù)如下： 1 11 12 30.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.2 0.10.8 10.3 0.1 0.2 0.1 0.2 0 0.10.6 0 0.1 00.1 0 0.50.5 0.6 0.1 0.20.1 0 0 0.2, 1, 0.50.1 0.1 0.2 0A A B B CD D M NN N h d ，，，，，，，，，，。根據(jù)定理 2.2.2，在初始條件0x [ 0 .5;0.4]和干擾輸入-1.5tw( t ) 3e下，可得最優(yōu)解* 0.7669，此時求得控制器參數(shù)為：1.5342 10.59049.2264 4.6260K 系統(tǒng)的狀態(tài)曲線如圖 2.2.1 和圖 2.2.2 所示。

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