具有量化器的网络控制系统稳定性分析

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1、第29卷第4期2010年8月中国民航大学学报JOURNALoFCIVILAVIATIoNUNIVERSITYOFCHINAV01．29No．4August2010具有量化器的网络控制系统稳定性分析王岳(中国民航大学国际飞行学院，天津300300)摘要：数字设备硬件性能的提高和网络控制系统的发展使得量化问题成为目前研究的热点。由于网络控制系统具有带宽约束的特点，数据的传输和处理是零传输延迟和无限高精度的这一假定不再合适。有必要对量化对于控制系统性能的影响进行研究。针对考虑量化器的状态反馈镇定系统的模型从非线性的角度研究了量化器对于控制对象状态动态特

2、性的影响。进而推广到考虑量化器的周期通信的网络控制系统模型上。用Matlab／Simulink仿真算例．验证了结论的有效性。关键词：量化；稳定性；控制系统性能喀控制系统中图分类号：n，273文献标识码．。文章编号：1674—5590(2010)04—0027—04StabilityofNetworkControlSystemswithQuantizer肼ⅣGY∽(haernaziond只跏co如伊，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：Duetotheimprovementofdigitalhardwareequip

3、mentanddevelopmentofNCS(networkedcontrolsystem)，Quantizationproblemresearchhasbeenfocusedonatthismoment．ParticularlyintheresearchofNCS，duetotheBandwidthconstraints，itisnecessarytostudytheperformanceofthecontrolsystemwithquantizer．Seeingthequantizer鹪nonlinearequipmentisusedtos

4、tudythequantizationproblem．Firstly．controlSystemwithquantizeraredesignedandmodeled，thestabilityofthesystemsisanalyzedwithLyapunovmethod．Andthen，wegeneralizedtheresulttoakindofNCSmodelcalledperiodiccommunicationNCSmodelfoundedbytheAntsaklis．Andtheresults哦validatedinMatlab／Simu

5、linksimulationenvironment．Keywords：quantization；stability；performanceofcontrolsystem；networkcontrolsystem量化问题作为一个重要的研究领域已经存在很多年了。信号的量化给控制系统带来的影响是由于量化器的有限字长所产生的。早在1956年，Kalmant-l就对在采样控制系统中加人量化器做了研究。此后，绝大部分关于量化的工作都是把这种量化器对于控制系统的影响看作是对系统不利的，把量化的影响视为噪声干扰或是一种状态的不确定性进行处理，因而如何理解和减缓这

6、种量化的影响成为这方面主要的研究工作【2一。随着网络控制系统广泛应用于T业对象中，网络控制系统问题已成为研究热点。带宽约束是影响网络控制系统运行的一个非常重要的条件，是网络控制系统中研究的热点之一同。量化问题是带宽约束问题的研究方向之一。在传统的控制系统设计中，通常可以假定数据的传输和处理是零传输延迟和无限高精度的。然而在网络化控制系统中，这一假定不再合适。由于网络控制系统有带宽约束，系统状态的观测值在量化和编码后只能通过有限速率网络传送给控制器，量化和编码对控制系统性能的影响不能忽略，系统的稳定性也必须重新加以分析。信号被量化后相当于叠加了一个

7、误差信号，即量化误差。以往的研究通常假设量化误差是一个均匀分布的白噪声信号，习惯上也称其为量化噪声。这一假设具有一定的精度，并避免了把量化器当作非线性环节来考虑，而分析一个随机信号对线性系统的影响要比分析一个非线性系统简单的多，因此得到了广泛应用。但量化误差的白噪声假设终究是一种近似，其没收稿Et期：2010-02—27；修回日期：2010一04—26基金项目：中国民航大学科技基金项目(08CAUC—E07)作者简介：王岳(1983一)，男，天津人，工学硕士，研究方向为量化问题、网络控制系统的控制、飞行控制系统仿真．中国民航大学学报2010年8月

8、有精确反映量化器作为非线性环节的本质【q。本文不同于把量化的影响视为噪声干扰或者是一种状态的不确定性进行处理，而是从非线性的角度来分析川