一類NCSs中丟包與時延的積極作用及其應(yīng)用.pdf

1、由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCSs)這一國際前沿性熱點課題從現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中發(fā)展起來。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，NCSs具有不可替代的優(yōu)勢，如信息共享、遠程控制、高靈活性和低成本等。但是，在控制回路中引入網(wǎng)絡(luò)會帶來一些不可避免的約束，如數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，使得NCSs的建模、分析和設(shè)計更加復(fù)雜，更加具有挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)有的大多數(shù)關(guān)于NCSs的文獻通常認為數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延會引起性能降低、資源浪費甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。然

2、而，本文將從不同的角度出發(fā)，針對一類能被時延的靜態(tài)輸出反饋控制器鎮(zhèn)定，但不能被非時延的靜態(tài)輸出反饋控制器鎮(zhèn)定的系統(tǒng)，研究數(shù)據(jù)丟包和網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延對網(wǎng)絡(luò)化H∞控制的積極作用及其在抗震建筑的網(wǎng)絡(luò)化主動振動控制中的應(yīng)用。本文主要研究內(nèi)容包含以下兩個部分：(i)數(shù)據(jù)包丟失對一類系統(tǒng)的積極作用；(ii)數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延對一類抗震結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化主動振動控制的積極作用。
　　第一部分，首先，在被控系統(tǒng)和控制器之間插入一個能夠引起數(shù)據(jù)包丟

3、失的網(wǎng)絡(luò)，并且在執(zhí)行器端嵌入一個能夠主動產(chǎn)生一些丟包的邏輯數(shù)據(jù)包選擇算法，將該NCS建模為一個區(qū)間時延系統(tǒng)，它在具有一些非零時變時延時是穩(wěn)定的，而在沒有時延時是不穩(wěn)定的。然后，構(gòu)造一個新的完全Lyapunov-Krasovskii泛函(LKF)，并且充分利用時延上下界的分割信息，以線性矩陣不等式(LMIs)的形式給出基于丟包積極作用的保守性較小的時滯依賴的H∞性能判據(jù)和控制器設(shè)計方法。數(shù)值例子證明所提設(shè)計結(jié)果能夠有效地完成一個滿意的控制

4、效果。
　　第二部分，首先，主動引入通訊網(wǎng)絡(luò)來連接受地震干擾的建筑結(jié)構(gòu)和一個遠程控制器，考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和數(shù)據(jù)包丟失等通訊約束，并且在執(zhí)行器端嵌入一個邏輯數(shù)據(jù)包選擇算法，將該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建模為一個具有區(qū)間時變時延的系統(tǒng)。然后，通過構(gòu)造一個包含一些不連續(xù)項和時延上下界分割信息的新的完全LKF，得到一個時滯依賴的判據(jù)，使得閉環(huán)系統(tǒng)在一定的H∞性能下是漸近穩(wěn)定的?；谒玫降呐袚?jù)，分別采用錐補線性化(CCL)算法和最小化算法來尋找反饋控制增

5、益和最小H∞性能。仿真例子證明所設(shè)計的正速度反饋控制器能夠通過較小的控制力實現(xiàn)較好的系統(tǒng)振動抑制效果。
　　本文的主要貢獻如下所列：
　　(1)不同于現(xiàn)有文獻中丟包的消極作用的研究，揭示了丟包對網(wǎng)絡(luò)化控制的積極作用。提出了一個邏輯數(shù)據(jù)包選擇算法對數(shù)據(jù)包的傳輸進行調(diào)度并主動丟棄一些數(shù)據(jù)包。
　　(2)構(gòu)造一個新的完全LKF，并且充分利用時延上下界的分割信息，得到了保守性較小的時滯依賴的H∞性能判據(jù)和控制器設(shè)計方案。