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学位论文

线性网络控制系统稳定性分析与控制器设计

作者姓名:刘明
指导教师:张庆灵教授
东北大学系统科学研究所
申请学位级别: 硕士学科类别:理学
学科专业名称: 运筹学与控制论
论文提交日期: 2006 年月日论文答辩日期: 2006 年月日
答辩委员会主席:
学位授予日期: 2006 年月日
评阅人:

东北大学
2006 年 1 月
A Thesis in Operator Research and ics

The Stability Analysis and Controller Design
for worked Control Systems

by Liu Ming

Supervisor: Professor. Zhang Qingling

Northeastern University
January 2006
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- I -
东北大学硕士学位论文摘要
线性网络控制系统稳定性分析与控制器设计
摘要
本文研究了当被控对象为线性系统时,网络控制系统(NCS)的稳定性分析与
控制器设计问题。主要内容如下:
研究了短时延网络控制系统的保性能控制器设计问题。针对闭环网络控制系统
的离散化模型,把回路时延的不确定性转化为被控对象系统方程系数矩阵的不确定
性,利用所提出的基于 LMI 的保性能鲁棒控制器设计方法,设计出一个状态反馈保
性能控制器,该控制器可以使得闭环网络控制系统达到鲁棒渐近稳定。
研究了传感器到控制器,控制器到执行器之间同时存在网络,网络诱导总时延
小于一个采样周期并存在数据包丢失的网络控制系统的建模与控制器设计问题。此
种情况下的网络控制系统可等效为一类由结构事件率约束的异步动态系统;利用
Lyapunov 函数和线性矩阵不等式方法,给出了网络控制系统指数稳定的充分条件以
及动态输出反馈控制器的设计方法,并利用遗传算法求出了 NCS 事件衰减率的极大
值。
研究了传感器、执行器为时钟驱动,控制器为事件驱动,网络诱导时延的上界
大于一个采样周期的 NCS 的 H∞状态反馈控制器设计的问题。将 NCS 视为一个时滞
系统,构造出一个 Lyapunov-Krasovskii 泛函。与传统方法不同,在处理 V 的导数
时,不进行放大估计,而是通过引入一些恰当的零项,构造出新形式的 LMI,从而
获得 NCS 时滞相关稳定的充分条件。与参考文献[24]的方法相比减弱了保守性。在
此基础上,给出了系统 H∞控制器的设计方法。
在同时考虑时延和数据包丢失的情况下,给出了网络控制系统保性能控制器的
设计方法。首先介绍了参考文献[52]中的 NCS 模型,其给出的模型是连续域内的,
并且无需对系统进行离散化。当被控对象含有不确定性时,该模型仍然适用。然后
利用文献[52]中的 NCS 模型,设计出了使得系统达到鲁棒指数稳定的状态反馈保性
能控制器。

关键词:网络控制系统;网络诱导时延;数据包丢失;遗传算法;保性能控制;
线性矩阵不等式;H∞控制
- II -
东北大学硕士学位论文 Abstract
The Stability Analysis and Controller Design for the Linear
Networked Control Systems
Abstract
In this paper, we study the