● 摘要
网络控制系统（Networked Control Systems，NCSs）是指利用数据总线构建通信网络，将被控对象、传感器、执行机构、故障诊断单元和控制器连接在一起，构成的闭环反馈控制系统。利用网络通信，给控制系统带来可靠性高、资源利用率提高、降低线缆和重新配置等优点。容错控制是网络控制系统中主要的研究领域和研究热点之一，本文研究了存在网络诱导时延、数据包丢失和非线性的网络控制的容错控制问题，主要工作是：
1.首先分析了网络特性，分别建立了存在时延和数据包丢失的网络控制系统模型；基于T-S模糊模型，建立了一类符合Markov跳变的丢包非线性网络控制线系统模型；分析并建立了离散网络控制系统的普遍故障模型。为下文研究容错控制方法和仿真分析打下基础。
2.网络诱导时延会给系统带来较大影响。考虑网络时延为小于一个采样周期并且时延和丢包变化符合Markov随机过程的随机时延，将系统建模为离散Markov跳变系统。在转移概率信息未完全已知的情况下，首先设计了系统故障估计观测器，利用故障实时补偿思想，提出了采用获取的故障估计信息构建的系统容错控制器。设计Lyapunov函数，分别给出了故障估计器和容错控制器存在，系统应该满足的充分条件和优化算法。最后通过求解矩阵不等式得到系统的控制器参数。仿真结果验证了故障估计器的估计性能，容错控制器具有良好的控制效果。
3.网络中数据包丢失普遍存在，除了用随机过程描述外，也可以采用伯努利分布描述。考虑同时存在不确定短时延和丢包的双边网络控制系统，将系统建模为含有不确定参数、具有事件约束的异步动态系统。考虑系统可能出现的执行机构故障，将故障表示为开关矩阵的布尔模型。在考虑系统状态无法完全获得的情况下，提出了基于输出反馈的鲁棒容错控制器，并证明了闭环系统的渐近稳定性。
4.非线性问题是网络控制系统中的研究难点。考虑能够用T-S模糊模型描述存在时延和丢包的非线性网络控制系统，将控制系统建模为T-S模糊Markov跳变系统。基于残差反馈思想，首先设计了用模糊规则表示的基于残差生成的故障检测单元，提出了观测器对干扰鲁棒、故障敏感满足的条件。利用残差信号，设计了基于补偿策略的主动容错控制器。求解一组矩阵不等式的最优化问题，得到残差反馈控制器的具体参数。仿真结果表明残差信号能够反映系统的故障变化，设计的主动容错控制器控制效果良好。