论文总字数：17299字

摘 要

网络控制系统中不可避免的存在网络时延与数据丢包，而时延和数据丢包将导致控制系统的性能下降，甚至使系统不稳定。在实际工业控制中，我们很难用精确的数学模型来描述被控对象动态特性。针对网络控制系统的不稳定性，对系统进行鲁棒控制器设计具有重要意义。

本文阐述了网络控制系统的研究背景、存在时延和丢包的网络控制研究现状；以鲁棒控制理论，分析了鲁棒控制在网络控制系统中的应用，以此为基础上展开了论文的主要研究工作。提出鲁棒控制器的设计方法。将网络控制系统中存在的不稳定性转化为满足给定约束条件的矩阵。达到约束条件下不确定矩阵的上界值及满足给定性能指标的能量函数矩阵的界限值，从而进行控制器设计。运用 Lyapunov 函数及线性矩阵不等式(LMI)理论，给出了控制系统渐近稳定且满足给定性能指标的充分条件，并完成鲁棒控制器的设计，最终提高了网络控制系统的控制精度。

关键词：网络控制系统 不确定时延 Lyapunov 函数 线性矩阵不等式 鲁棒控制器

Research on the Robust Controller Design for Networked Control Systems

Abstract

窗体顶端

Network control system inevitable network latency and packet loss exists, and delay, and packet loss will result in decreased performance of the control system, and even make the system unstable. In practice, industrial control, it is difficult to use precise mathematical model to describe the dynamic characteristics of the controlled object. For instability network control system, the system is robust controller design is important.

窗体顶端

窗体顶端

This paper describes the background network control system, the presence of network latency and packet loss control research status; in robust control theory, robust control network control system application as a basis for the expansion of the paper The main research work. Robust controller design method. The instability that exist in the network control system is converted to meet the given constraints matrix. Reached the upper bound value under constraint matrix uncertainty and to meet the limit values for the energy performance of a given function matrix, thereby performing controller design.Using Lyapunov function and linear matrix inequality (LMI) theory, the control system is asymptotically stable and sufficient condition to meet given performance indicators, and complete the design of robust controllers, and ultimately improve the control precision of the network control system.

Key Words: Uncertain time delay; Data dropout; Lyapunov function; Linear matrix inequality; Robust controller

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1本课题的研究背景与国内外研究现状 1

1.2网络控制系统结构 2

1.3 网络时延 2

1.4 本文主要工作 3

第二章 网络控制系统 4

2.1 网络控制系统模型 4

2.2 网络控制系统的稳定性 5

2.3 网络控制系统的时延分析 6

2.4 Lyapunov稳定性分析 7

2.5 鲁棒性控制理论 8

2.5.1 鲁棒性背景 8

2.5.2 控制理论 9

2.5.3 鲁棒控制器设计 10

第三章 网络控制系统鲁棒控制器设计 12

3.1 网络控制系统下的鲁棒控制器模型 12

3.2 鲁棒控制器的设计 14

3.3 仿真算例和分析 17

第四章 网络环境下的滤波器设计 22

4.1 问题描述 22

4.2 滤波器设计 23

4.3 数值例子 24

结语 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1本课题的研究背景与国内外研究现状

传统的控制系统指的是点对点的铺设，现在将网络引进控制系统中，因而形成了网络控制系统。早在50年代之前，人们最早对网络控制系统的定义是将被控对象与传感器形成连接，达成数据间的传输。相比于传统的控制系统，传统的控制系统的结构是点到点的简单反馈控制系统，如果两个相邻设备相距较远，我们很难实现他们之间的信息传输，如果一定要实现它们之间的信息传输，则系统的成本是非常高的。然而相比之下，网络控制系统就具有以下的优点：

1. 便于设备维护、节省设备之间连接成本。

(2)使控制系统之间的设备连接变得简单，节省集成的成本。

(3达到了资源的共享，提高系统准确性与可靠性。

如今网络控制系统在很多方面都有运用，例如：社会生活、交通、工业、航空等。比如在社会生活领域中，网络已经是不可或缺的，电脑手机都需要用到网络，这些都是网络控制给人们生活带来的改善，更利于人与人之间的交流和管理，使得现在人们的生活质量有了显著的提高。还有在建筑上也用到了网络控制系统，现在很多建筑都是智能建筑了，它是通过网络来控制建筑内的消防、电梯、安保、排水等系统，实现了多个厂商生产的产品统一管理，目的就是给人们供应了更加舒适和便利的居住生活环境。网络控制系统在工业生产领域的运用就更为广泛了，现场总线控制系统是运用最为广泛的。现场总线控制系统（FCS)是指以开放式现场总线作为通信网络共享平台，来实现互联网与通信智能仪表设备的连接和信息传输^[1]。大大提升了工业的生产的自动化水平，加快了工业的发展的进程。除此此外，网络控制系统在医疗设备，消防救灾中也很广泛，由于它的应用，很大程度提高了工作效率，能够及时预防不必要的财产损失，来实现人们生活的改善。

虽然网络控制系统选用通信信道了来传输数据，这很大程度降低了布线的距离，减少了成本，同时将系统的安装与维护变的简单了，相比于传统控制器，网络控制器系统的稳定性更加明显^[2]，但是由于网络控制系统的结构是比较繁琐的，它各个节点间的距离是比较远^[3]；数据在各个节点之间的传输肯定会使系统存在着时延和数据丢包^[4]，网络时延与数据丢包的种类一般是分为有界限的和无界限的，这些都是使网络控制系统不稳定的主要原因^[5]。现在我所研究的是在有界限范围内控制系统的稳定性，因此，研究如何使网络控制系统变稳定具有非常重要的现实意义。此外，在工业控制系统中，由于在生产过程中控制系统不确定性的实际情况更多，使得生产过程中的控制系统和实际的工作条件和环境因素之间影响必定导致系统存在误差^[6]。因此，在现实的项目，选择在现代控制理论的正确数学模型的基础上，所述控制系统是具有所需性能往往困难的，甚至是免疫系统，或者难以确保稳定的。

1.2网络控制系统结构

网络控制系统是一个复杂的控制系统，它包含了多个学科交叉研究的领域，因为这些学科都会存在信息的交流与传输，其中包括控制系统和通信网络等学科。

请支付后下载全文，论文总字数：17299字