鲁棒控制在网络控制系统中的应用-.研究

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1、江南大学硕士学位论文(1)事件驱动带来了随机采样和随机时延；(2)事件驱动较时间驱动更难实现，往往需要网络通讯协议的支持。传感器节点控制器节点执行器节点传感器节点控制器节点执行器节点‘夕‘◆、＼．2、．‘、．．I)夕、＼．、)If■◆‰一3‰一2约：-iUk七一3七一2七一l七七十1七+2(a)‘夕‘◆、＼2‘、．、．、—、、夕、1夕)甜-一1“t一，就上一1“量“量+k一3k一2k—lkk+lk+2(b)图1-5采用不同工作模式时的信号时序图(ft．)时间驱动；(b)事件驱动Fig．1—5Thetiming

2、sequencesofsignalsunderthedifferentworkmode(a)Time-Driven；(b)Event-Driven1．2．2网络诱导时延由于网络的介入而使得控制系统的信息在传输时产生的时延，称之为网络诱导时延(Network—InducedDelay)。时延问题是网络控制系统研究中所需要面对的主要问题之一，网络时延对NCS的稳定性和动态性能具有重要的影响。若在设计控制系统时不考虑这种时延的存在，将会降低控制系统的性能，甚至还会引起系统的不稳定【8】。一般可认为，当时延远小于采样

3、周期时，时延的影响可以忽略小计；但当时延相对于采样周期而言不能忽略时，设计闭环网络控制系统的控制器就必须考虑信息的传输时延。网络时延的存在也使得系统的分析和设计变得非常复杂，虽然时滞系统的分析和建模近些年来取得了很大的进展19]，但由于网络控制系统中的时延存在多种不同特性(固定、有界、随机)，大多数现有的理论及方法都必须经过重新评估后才能应用。网络控制系统中的网络时延包括：(1)传感器和控制器之间的时延f三；(2)控制器和执行器之间的时延f三；(3)控制器的执行时间f：。一般来说，可以将控制器的执行时间归入控

4、制器和执行器之间的通信时延，从而将上述三种时延简化为只有f三和f三。Halevill】给出了将分布式网络时延f三和f三汇总为单一时延的命题，即t=f：+f三。4第一章绪论在大多数情况下，网络诱导时延是时变不确定的，它可能大于一个采样周期，也可能小于一个采样周期。根据f。的上界与采样周期丁的关系，引入下列定义【10J：定义1若网络诱导时延L在区间『0，a1内分布，且口≤T，则称这样的网络诱导时延为短时延。定义2若网络诱导时延t在区间『0，a1内分布，且a>T，则称这样的网络诱导时延为长时延。由于网络诱导时延是时

5、变的，时延的长短依据时延的上界区分。对于长时延的情况，在某些时段内也可能出现时延小于一个采样周期的情形。1．2．3单包传送与多包传送以数据包形式传输信息是NCS有一别于传统控制系统的特点。单包传送是指传感器(或控制器)的周期性数据作为一个数据包同时发送；多包传送是指传感器(或控制器)的数据通过不同的数据包发送，因而无法同时到达控制器(或执行器)。之所以采用多包传送是由于包的尺寸限制，单个数据包只能承载有限信息，因此大量的数据必须分为多个包来传送。另一方而，当系统具有多个传感器和(或)执行器，且它们在网络控制系

6、统中分散而且相隔很远时，很难将所有传感器的数据用单个数据包进行传送，此时也须采用多包传送。因此，可以看到采用多包传送的NCS的被控对象本身不一定是多输入多输出(MIMO)系统，而采用单包传送的NCS的被控对象也可能是MIMO的。1．2．4数据包的时序错乱和丢失在NCS中，由于数据的多路径传输机制，网络中同一节点发送到同一目标端的数据包不可能在相同的时间内到达接收端，因而产生数据包先后顺序的错乱，称为数据包时序错乱。单包传输时，数据包时序错乱指各个数据包到达接收端的顺序与发送时的顺序不同。多包传输时，数据包时序

7、错乱指一个完整的数据被封装成多个数据包传输，这多个数据包到达接收端的顺序与发送时的顺序不同。节点冲突、网络拥塞、连接中断和多路径传输机制等因素，是造成数据包时序错乱的主要原因。时序错乱的结果将导致数据传输率降低，间接地增加网络诱导时延。网络的阻塞和连接中断是导致数据包丢失(简称丢包)的一个因素。其次由于节点竞争数据发送权需要花费时间，当节点在规定的时间内仍然未能成功发送数据，则该数据将被丢弃。另外数据在网络传输过程中可能会发生错误而被要求重发，如果该节点的数据在规定的重发时间内仍然没有成功发送数据，则该数据包

8、被丢弃。这些事件的发生都可被视为数据包丢失。从系统信息的传输来看，丢包的发生相当于信息传输通道暂时被断开，使得系统的结构和参数发生较大的变化。闭环控制系统虽然对系统中结构和参数的变化具有一定的鲁棒性，但不可避免的造成性能的下降，严重的将导致系统失稳，需要寻找行之有效的解决方法。5江南大学硕士学位论文1．2．5网络调度在NCS中，系统性能的体现不仅依赖于控制算法，还依赖于对共享的网络资源的调度。所谓网