基于网络化控制系统时延模型鲁棒容错控制研究.pdf

兰州理工大学
硕士学位论文
基于网络化控制系统时延模型鲁棒容错控制研究
姓名:张建全
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:李炜
20090501
摘要统具有鲁棒完整性以及具有一定扰动抑制能力的也鲁棒完整性需要满足的充分网络化控制系统是将通信网络作为一个系统环节嵌入控制系统,使控制回路通过实时网络闭环连接。因其具有布线容易、节约成本、资源共享、系统组建和数据传输灵活等优点已成为复杂控制系统和远程控制系统首选架构,并广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域。然而,在凸显其优越性的同时,由于受网络带宽的限制以及网络传输的复杂性的影响,信息传输不可避免存在丢包、延迟和信息调度等问题,加之实际工程中各种不确定因素以及传感器、执行器故障的发生常常会使系统的动态特性下降乃至使之失稳。因此网络化控制系统的鲁棒容错控制的研究受到了广泛关注,因此本文基于网络化控制系统时延模型,利用稳定性理论和线性矩阵不等式椒ǎ考虑参数、时延的不确定性以及外界未知扰动等不良因素给系统带来的影响,采用不同的控制策略,主要进行了以下几方面的研究工作:采用状态反馈控制策略,同时考虑参数和网络时延的不确定性以及外界未知扰动给系统带来的影响,分别推证出了此类系统在传感器或执行器失效时系条件,以求解线性矩阵不等式的方式给出了相应控制器的设计方法,并用仿真算例验证了所得结论的正确性和有效性。采用静态输出反馈控制策略,针对仅存在时延不确定性的网络化控制系统,推证出了此类网络化控制系统在传感器或执行器发生一般故障情形下的鲁棒完整性需要满足的充分条件。以求解线性矩阵不等式的方式给出了相应控制器的设计方法,并用仿真算例验证了所得结论的正确性和有效性。采用静态输出反馈控制策略,针对同时存在网络时延及参数不确定性的网络化控制系统,推证出了此类网络化控制系统在传感器或执行器发生一般故障情形下的鲁棒完整性需要满足的充分条件。以求解线性矩阵不等式的方式给出了相应控制器的设计方法,并用仿真算例验证了所得结论的正确性和有效性。采用动态输出反馈控制策略,针对仅存在时延不确定性的网络化控制系网络化控制系统;鲁棒容错控制;时延;线性矩阵不等式;#皇出反馈;不确定性关键词:
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日期:卅年碌笕站纪作者签名:强谴垒兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明致立扩日期:跏呵年多月日全上筇,日期:羉甓嘣隆奕原创性声明学位论文版权使用授权书本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服作法律后果由本人承担。务。名签者师导
第滦髀选题的目的和意义现代的工程技术系统大多是基于复杂控制系统构成的,不仅要满足不断提高的稳定性和动态性能要求,而且对安全性要求较高,尤其飞机、核反应堆、有毒物质的化学反应等系统安全性要求更为突出,在这些地方一旦出现故障就会给人类带来灾难性的后果。为了阻止灾难的发生,或者将故障发生带来的潜在危险降至最低,需要人们去探索研究一种新的控制技术来应付发生故障的系统,并且使它保持一定的运行性能。具有这种能力的控制系统被叫做容错控制容错控制技术近年来已得到国际自动控制界的高度重视,成为自动控制的一个重要分支。容错控制技术的出现为提高复杂系统的可靠性开辟了一条新的途径。控制系统的容错意味着当系统中某些部件失效时,这些部件在系统中的功能能够用系统中其它正常部件的功能部分代替或完全代替考墓δ苋哂性箍刂葡低橙阅馨丛ㄐ阅苤副昊蛐阅苤副曷杂薪档但可接受踩地完成控制任务。容错控制作为新兴的交叉学科,其科学意义就是要尽量保证动态系统在发生故障时可以稳定运行,并具有可以接受的性能指标。由于任何系统都不可避免地会发生故障,因此,容错控制也可以看成是保证系统安全运行的最后一道防线。目前,随着控制系统规模的日益扩大,很多控制系统采用网络构成了一种新的控制系统,即网络化控制系统,它是将反馈控制回路通过网络进行闭环连接以实现控制的系统,是网络技术与工业控制相结合的产物,从产生之日起就引起了人们的广泛关注,已成为学术界和工业界的研