網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析建模與控制研究

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1、華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展成熟，加之低廉的硬件價格，使得基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的自動化控制系統(tǒng)成為一種的新的應(yīng)用趨勢；在遠(yuǎn)程控制和復(fù)雜控制系統(tǒng)的客觀需求下，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與綜合迅速成為當(dāng)前控制理論的研究熱點之一；本文基于魯棒控制理論、隨機控制理論，切換系統(tǒng)理論、時滯系統(tǒng)理論、以及線性矩陣不等式方法，對線性系統(tǒng)、不確定系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制問題、以及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用進行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容：對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展以及國內(nèi)外研究進展進行了概述，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究方法

2、進行了詳細(xì)的綜合分析和總結(jié)；為了對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模、設(shè)計提供有理的依據(jù)，本文對幾種網(wǎng)絡(luò)媒介的傳輸特性、網(wǎng)絡(luò)延時特性進行了分析和總結(jié)；測試了Internet的通信延時，提出了基于支持向量機（SVM）的網(wǎng)絡(luò)延時預(yù)測方法，對于基于Internet網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究具有重要的指導(dǎo)意義。針對一類由于節(jié)點間的競爭而導(dǎo)致訪問滯后的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，本文通過等價變換，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模為時滯系統(tǒng)，然后采用時滯系統(tǒng)的最新研究方法－奇異系統(tǒng)方法－來研究，得出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定且時滯相關(guān)的充分條件。該結(jié)論具有較小的保守性，能夠應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)

3、控制系統(tǒng)的工程設(shè)計。針對一類具有長隨機時滯特性的網(wǎng)絡(luò)化線性控制系統(tǒng)，分別對狀態(tài)反饋和輸出反饋的情況，提出了基于對象模型的多步預(yù)測實現(xiàn)時滯補償控制的策略；并分析了采用時滯補償策略網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，得出了保證網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。進一步，將該時滯補償策略推廣到不確定系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制中，基于魯棒控制理論和線性矩陣不等式方法導(dǎo)出了其穩(wěn)定充分條件。研究了一類多包傳輸網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與穩(wěn)定問題；根據(jù)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，提出了一種合適的建模和設(shè)計方法，即：傳感器節(jié)點和控制器節(jié)點以時間驅(qū)動方式工作，將多包傳輸網(wǎng)絡(luò)控制系

4、統(tǒng)建模為切換控制系統(tǒng)，最后分析了其穩(wěn)定性，得出了漸近穩(wěn)定的充分條件。I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文針對一類單輸入-單輸出仿射非線性系統(tǒng)，首先通過微分同胚變換實現(xiàn)了仿射非線性系統(tǒng)的無反饋精確線性化；然后基于精確化線性模型，分別討論網(wǎng)絡(luò)延時為常時滯，隨機時滯小于一個采樣周期和隨機長時滯情況的控制問題。通過一個具體的實例，給出了其設(shè)計方法與步驟。研究了基于Internet的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)、控制問題?；赟ocket通信技術(shù)，采用LabWindows/CVI8.0開發(fā)了Internet環(huán)境下的液位過程控制系統(tǒng)。利用該網(wǎng)絡(luò)控制系

5、統(tǒng)實驗平臺，實現(xiàn)了校園網(wǎng)環(huán)境下液位過程控制系統(tǒng)的實時控制；采用時滯補償策略，實現(xiàn)了Internet（廣域網(wǎng)）環(huán)境下的液位過程控制系統(tǒng)。最后對全文進行了總結(jié)，指出了下一步需要研究的工作，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的未來進行了展望。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCS),切換控制,穩(wěn)定性,時滯補償控制,支持向量機,多包傳輸,液位過程控制II華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractAsthedevelopmentofnetworktechnologyandembeddedsystem,togetherwithlow-costhardware,t

6、henetworkbasedautomaticcontrolsystemarebecominganewapplicationtrend.Drivenbytheexternalrequirementofremotecontrolandcomplexcontrolsystem,theanalysisandsynthesisofnetworkedcontrolsystembecomesoneofhotresearchfieldsofcontroltheory.Thenetworkedcontroloflinearsystem

7、,uncertainsystemandnonlinearsystemandtheirapplicationsarethroughlystudiedinthisthesisbyapplyingtherobustcontroltheory,stochasticcontroltheory,switchedcontroltheory,time-delaysystemtheory,andthemethodoflinearmatrixinequality.Themaincontentsareasfollows:Thedevelop

8、mentandcurrentevolvementofnetworkedcontrolsystemaresummarized,andtheresearchmethodsofNCSaresyntheticallyanalyzedandsummarized.InordertomakethemodelinganddesignofNCSmo