通信受限网络控制系统非均匀采样控制

• 作 者: 胡豪立
• 机 构: 浙江工业大学
• 出 处: 浙江工业大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 网络控制系统 通信受限 提升技术 线性矩阵不等式 卡尔曼滤波 LQG最优控制

网络控制系统是一种将地域上分布的传感器、控制器以及执行器通过共享网络实现信息交互的闭环反馈控制系统,是基于网络的全分布式控制系统。这种新型的控制系统近年来受到了广泛的关注。与传统点对点控制系统相比具有布线少、成本低、易于扩展与维护、可实现信息资源共享以及远程操作等优点。因此,在许多领域得到了广泛应用。但是共享通信网络的介入,不可避免地给网络控制系统带来了诸如网络诱导时延、数据包丢失、网络通信受限、网络调度等很多崭新的问题。这些问题的存在使得网络控制系统的分析变得非常复杂。本文主要针对一类存在通信受限的多输入多输出网络控制系统,分析了在有限的通信信道下,系统的建模、网络资源的调度以及控制器设计等问题。主要内容安排如下：首先,针对任一时刻只允许部分传感器和控制器访问网络的约束条件,引入了采样序列和更新序列来描述系统的调度策略。利用提升技术建立了网络控制系统的增广状态空间模型。基于此模型分析了系统的能控性、能观性以及输出反馈控制器的设计方法。通过仿真实例验证了结论的可行性。其次,进一步建立了集成控制与调度策略的通信受限网络控制系统模型。给出了此类系统可调度条件以及闭环系统渐近稳定性条件,同时基于线性矩阵不等式(LMIs)方法给出了输出反馈控制器的设计方法。通过仿真分析了网络控制系统性能不仅与控制器设计相关,也和调度策略有关。最后,针对具有噪声影响的通信受限网络控制系统,建立了一种新的集成控制与调度策略的系统模型。根据卡尔曼滤波器思想设计了基于输出值的最优状态估计器。基于最优估计状态、并利用线性矩阵不等式给出了最优保性能控制器的设计方法,通过仿真数例对算法的可行性进行了验证。