网络控制系统的量化反馈控制研究.pdf

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1、l1分类号UDC密级——单位代码!Q151网络控制系统的量化反馈控制研究冯宜伟指导教师郭戈职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别工学博士学科(专业)控制理论与控制工程论文完成日期2011．4．20答辩日期2011．6．30答辩委员会主席I●Jq●ResearchonQuantizedFeedbackControlforNetworkedControlSystemsDissertationSubmittedtoDalianMaritimeUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegre

2、eofDoctorofEngineeringByFengYiwei(ControlTheoryandControlEngineering)DissertationSupervisor：ProfessorGuoGeApril2011，一，}；l一卜—l-÷囊●大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博士学位论文竺圈终控剑丕统的量丝厦堡控剑班塞==。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的

3、其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：2酗l学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技

4、术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密刚(请在以上方框内打“√’’)⋯⋯：冯字p签醐咖J年7月I◆囊。．．■●}IL●I创新点摘要l针对网络量化反馈时延系统，将构造的Lyapunov函数与量化误差和量化范围相关联，提出了一种新的动态时变Lyapunov稳定性判据，并基于此研究了量化反馈NCSs的建模及稳定性分析。将NCSs建模为含有量化及时延的连续和离散动态反馈系统，并分别给出了NCSs的鲁棒稳定性条件和鲁棒控制律的设计方法。2同时考虑系统未

5、建模动态、量化及时延等情况，研究了NCSs的建模、鲁棒镇定以及保性能最优控制等问题。通过构造特殊的Lyapunov．Krasovskii函数并结合LMI，给出了这类NCSs不依赖于时延的鲁棒稳定性条件、保性能最优控制以及日。最优控制律设计方法。3考虑网络信道以及量化器同时存在于传感器和控制器、控制器和执行器之间，假定网络信道满足一定的概率分布，利用随机Lyapunov—Krasovskii泛函和矩阵不等式方法，讨论了此类NCSs的随机稳定性和保性能问题。给出了这类NCSs的随机稳定性条件，采用变量代换法将条件中的BMI转换为LMI，从而获得了基于估计器的控

6、制器设计方法，同时也得到了相应的保性能控制器设计方法。4针对线性时不变系统，考虑系统性能最优时的信道建模及量化器设计问题。从闭环系统出发考虑有限信道及量化器设计，将信道和量化器分别建模为有理传函和编码／解码器型的有理传函，从系统整体性能的角度研究了最优编码／解码器设计问题。在两类网络框架下，即经典控制和Youla型控制框架，将信道模型和编码／解码器模型作为系统的一个环节，分别给出了两类NCSs内稳性的充要条件，并基于此，以相应NCSs的最小方差为性能函数获得了对应的最优编码／解码器设计方法。I中文摘要摘要随着科技的迅速发展，网络控制系统(NCSs)已经推进

7、到各行各业，人们对NCSs的研究也在不断的深入。本文以控制网络的稳定性为基础，以NCSs的最小性能指标为目标，考虑NCSs中存在的量化、信道损失、时延、丢包以及系统未建模动态和外部扰动等主要问题，研究了NCSs的建模、量化器设计、信道建模、鲁棒稳定性分析、日。最优控制及保性能最优控制等问题。首先，对NCSs的研究背景及各个研究分支进行了综述性回顾，并对研究现状做了总结，而后，就如下几个问题进行了深入的探讨：①同时考虑量化、时延、丢包及未建模动态等网络特性的NCSs建模问题；②在NCSs中，其上行链接和下行链接中均存在量化器和网络时的系统建模及最优控制问题；

8、③系统、网络信道与编码／解码器协同设计问题。利用Lyapunov函