一类基于切换的非线性网络控制系统的控制研究.pdf

摘 要

网络控制系统（NCS，Networked Control System）是指传感器、控制器和执
行器机构通过通信网络形成闭环的控制系统。在网络控制系统中，网络成为一种
媒介实现分属于不同区域里的系统部件之间的信息交换和控制信号的传递。因此
网络控制系统中的丢包，时延和不确定性使得这方面的研究十分复杂。
本文主要基于切换技术对一类非线性网络控制系统进行了模型建立、鲁棒分
析和最优控制。主要结果如下：
首先介绍了网络控制系统的产生与发展过程以及研究内容和研究现状及其
存在的问题，之后简述了切换系统的研究和发展。
其次研究了一类非线性系统简单的短时延、单包传输条件下丢包的数学模
型。然后逐步得出此类非线性过程长时延、多包传输条件下丢包的系统的数学模
型，为以后的分析、仿真和控制器设计奠定了基础。
再次考虑了系统中存在种种不确定性的情况下，如何保持切换系统的稳定
性。通过研究，得到文中所研究系统在任意切换条件下保证不确定网络控制系统
的鲁棒二次稳定性的条件，仿真结果验证了本文所提方法的正确性和有效性。
最后分析了 Markov 特性的短时延非线性网络控制系统的镇定，首先建立了
数学模型，根据模型，设计了使得闭环系统稳定的状态反馈和输出反馈控制器，
并研究其稳定性问题；仿真结果验证了本文所提方法的正确性和有效性。然后分
析了 Markov 特性的长时延非线性网络控制系统的最优控制，建立了数学模型，
根据模型进行了随机最优控制研究。

关键词：非线性网络控制系统，切换系统，Markov 特性，鲁棒控制
Research on Control of a Class of Nonlinear Networked
Control Systems Based on Switching
Abstract

Network Control System (NCS, Networked Control System) is a closed-loop
communication network control system which composed and operated by sensor,
controller and actuator .In the network control system, the network serves as a
medium to achieve the exchange of signal and data between system components and
control signals which are arranged in different regions. Packet loss, transmit delay,
and uncertainty are normal phenomenon in network control system, therefore the
research of NCS is very complicated.
Based on switching technology, this paper build a model for a class of nonlinear
networked control system, then analysis the robust and optimal control characteristic
of the main results are as follows:
Firstly, this paper introduces the production and research development of network
control system, the status of current research and problems needed to be improved,
and briefly illustrate the research and development of switched systems.
Secondly, study the simple short delay and packet los