论文总字数：17103字

摘 要

在信息产业的高速发展的背景下，信息技术的不断进步与互联网的普及使得网络控制系统得到了广泛的应用，网络控制系统也日益受到人们的关注。因为通信网络的并不是理想通道，它不仅仅降低了系统性能而且加剧了对于系统分析和设计的难度，在这种情况下，我们需要在传统控制理论的基础之上做进一步的思考，可见对网络控制系统的研究有着重大的意义。

本文把实现网络控制系统的稳定作为目标，从量化反馈控制的角度出发，兼顾考虑时延和丢包问题，把网络控制系统建立为Markov跳变系统模型。研究具有一般转移概率的Markov跳变系统，设计量化状态反馈控制器以及量化动态输出反馈控制器。具体内容如下：

1. 分析了网络控制系统的发展现状和研究方法。
2. 讲述了本文相关的一些预备知识。

第三章，针对具有一般转移概率和不匹配量化参数的Markov跳变系统研究了量化状态反馈控制问题,设计了一组依赖模态的非线性控制律以消除由不配量化参数导致的量化误差的影响,通过引入顶点分离器给出了新的基于线性矩阵不等式的控制器设计条件,与以往的方法相比,其方法具有更小的保守性,仿真算例验证了该方法的有效性和优越性。针对状态不完全可测且具有一般转移概率的Markov跳变系统，结合顶点分离器并通过引入松弛变量，给出了新的基于线性矩阵不等式的量化动态输出反馈设计条件。仿真算例验证了该方法的有效性和优越性。

第四章，总结了所做的工作，提出了些许展望。

关键词：网络控制系统；量化;Markov跳变系统；线性矩阵不等式

Quantitative State Feedback Control for a Class of Networked Control Systems

Abstract

With the rapid development of the information industry, the continuous progress of information technology and the popularity of the Internet have made the networked control system widely used, and networked control system has attracted more and more attention. Because the communication network is not an ideal channel, it not only reduces the system performance, but also increases the difficulty of system analysis and design. In this case, we need to think further on the basis of traditional control theory, which shows that the research of network control system has great significance.

The aim of this paper is to achieve the stability of networked control system. From the point of view of quantitative feedback control, the networked control system is modeled as Markov jump system, considering both delay and packet loss. A Markov jump system with general transition probability is studied, and a quantized state feedback controller and a quantized dynamic output feedback controller are designed. The details are as follows:

In the first chapter, the development status and research methods of networked control system are analyzed.

In the second chapter, some preliminary knowledge related to this paper is described.

In Chapter 3, the problem of quantized state feedback control is studied for Markov jump systems with general transition probability and mismatched quantization parameters. A set of modal-dependent nonlinear control laws is designed to eliminate the influence of quantization errors caused by mismatched quantization parameters. By introducing a vertex separator, a new controller design condition based on linear matrix inequality (LMI) is presented. Compared with the traditional method, the proposed method has less conservativeness. The simulation results show the effectiveness and superiority of the proposed method. For Markov jump systems with incompletely measurable States and general transition probabilities, a new design condition of quantized dynamic output feedback based on linear matrix inequality (LMI) is proposed by combining vertex separator and introducing relaxation variables. The effectiveness and superiority of this method are verified by simulation examples.

The fourth chapter summarizes the work done and puts forward some prospects.

Key words: networked control systems; quantization; Markov jump systems; linear matrix inequalities

目录

一类网络控制系统的量化状态反馈控制 - 1 -

摘要 - 1 -

Abstract - 2 -

目录 - 3 -

第一章绪论 - 3 -

1.1课题背景和研究的意义 - 3 -

1.2量化控制的研究现状 - 6 -

引言 - 6 -

量化控制问题 - 6 -

1.3本文主要研究内容及结构 - 8 -

第二章预备知识 - 1 -

2.1一些引理 - 1 -

2.2Markov跳变系统 - 2 -

2.3转移概率 - 3 -

2.4线性矩阵不等式 - 3 -

第三章一般转移概率的Markov跳变系统的量化反馈控制 - 5 -

3.1引言 - 5 -

3.2状态反馈控制器设计 - 8 -

3.3仿真算例 - 16 -

3.4具有一般转移概率的Markov跳变系统的量化输出反馈控制 - 20 -

3.5仿真算例 - 27 -

3.6本章小结 - 28 -

第四章总结与展望 - 29 -

参考文献 - 30 -

第一章绪论

1.1课题背景和研究的意义

随着互联网不断地发展，网络信息程度不断加深，使得人们的生活方式与工作方式有了庞大的转变。信息技术和自动技术相辅相成的干系愈来愈大，互相影响和相互作用，网络对控制领域的影响日益明显，从飞机制造到宇宙飞的船制造，从计算机制造到工业系统流程控制系统。传统的数字控制系统的信息是直接传递的，管理由于是分布式的，已经不能满足当今社会飞速发展的需要。在现在的时代背景下，传统的系统加快了成长，由封闭走向了开放，正向由集中体系统渐近变成了开放分布式体系。网络、系统和控制融合在一起，组成了网络控制系统的雏形。网络控制系统比传统得控制系统优点多多。传统的控制系统地规模较小，是点对点的，逐渐无法满足社会生产的要求。而网络控制系统是反馈的闭环的控制系统，它特点是靠网络来维系的，面向性广，可以有效地提高生产效率。网络控制系统已经代替了传统的控制系统地位。网络控制系统分为四个部分，分别是被控对象、感应器、控制器与执行器，以网络为传输媒介，形成一个闭环反馈控制系统平台。它可以实现网络信息资源共享、远程操控等功能，且有布线简单、结构灵活、易于安装与维护、可靠性高等优点。但同时相比传统的控制系统有了新的问题，如网络诱导时延、数据包丢失和乱序导致的控制系统性能下降，甚至失稳。由此可见，我们对于网络控制系统的研究需要综合考虑这些因素，得到对系统稳定性有效的成果。

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