● 摘要
网络化控制系统(Networked control systems, NCSs)是传感器, 控制器和执行器通过有限带宽的数字通信网络传输信息的空间分布式系统, 是计算机技术, 网络技术和控制技术发展融合的产物. 它具有连线少, 成本低, 操作灵活, 便于安装和维护等优点. 然而, 有限的网络带宽, 不可避免的会产生网络诱导时延, 数据丢包, 错序等问题, 使得系统性能下降, 甚至使系统不稳定, 这给NCSs的分析和综合带来很大困难. 因此, 如何解决NCSs存在的这些问题, 已经成为控制界研究的热点之一. 本文在网络条件给定的情况下, 基于时滞系统理论, 利用线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)方法, 研究同时存在网络诱导时延和数据丢包影响时NCSs的反馈控制问题. 主要内容如下: 针对一类线性离散时间NCSs, 考虑两个通道同时存在时变的网络诱导时延和数据丢包, 将其建模为一个含有时变状态时滞的离散时间系统, 然后利用Lyapunov方法给出系统时滞依赖的渐近稳定性条件. 基于此条件, 给出静态输出反馈控制器设计的LMI方法. 此外, 还给出了系统存在结构不确定性时的鲁棒稳定性条件和鲁棒控制器的设计方法. 针对一类线性连续时间NCSs, 将其建模为含有时变状态时滞的连续时间系统, 考虑系统的渐近稳定性以及广义 性能, 给出了系统广义 控制器设计的LMI方法. 此外, 还考虑了系统存在结构不确定性时的鲁棒稳定性问题. 针对一类线性连续时间NCSs, 考虑传感器到控制器通道存在网络诱导时延, 且时延为定常的情况下, 给出NCSs基于观测器的变结构控制器的设计方法. 观测器增益矩阵可以通过求解一个LMI获得, 控制器增益矩阵可以通过极点配置或最优控制来确定. 仿真算例表明方法可行性和有效性. 针对Lurie型的NCSs, 考虑两个通道同时存在时变的网络诱导时延和数据丢包, 将其建模为含有时变状态时滞的Lurie系统, 分别给出状态反馈控制器, 基于观测器的输出反馈控制器, 保性能控制器和鲁棒 控制器设计的LMI方法. 相关的结果还被扩展到了系统存在结构不确定性的情况.