网络控制系统的输出反馈控制 纪雯

1、硕士答辩硕士答辩1网络控制系统的输出反馈控制 答 辩 人：纪 雯指导教师：杨光红 教授硕士答辩硕士答辩论文基本内容：论文基本内容： 绪论1 基于时延切换的ncs静态输出反馈控制2 基于观测器的ncs输出反馈控制3 随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制4 结论与展望5硕士答辩硕士答辩网络控制系统的研究背景网络控制系统的研究背景缺点缺点：布线复杂，成本高，系统可靠性、抗干扰性和灵活性差。传统控制模式优点优点：可以实现资源共享、远程操作和控制，提高系统诊断力、 方便安装与维护，并能有效减少系统的重量和体积、增 加系统的灵活性和可靠性 。网络控制系统硕士答辩硕士答辩网络控制系统的结构与特点网络控制系

2、统的结构与特点执行器n控制器1执行器1网 络控制器q传感器1传感器m被控对象 结构网络化 节点智能化 控制现场化和功能分散化 系统开放化和产品集成化硕士答辩硕士答辩网络控制系统的基本问题网络控制系统的基本问题 节点驱动方式节点驱动方式 网络诱导时延网络诱导时延 网络调度网络调度 单包和多包传输单包和多包传输 数据包的时序错乱数据包的时序错乱 数据包的丢失数据包的丢失 时钟同步时钟同步 硕士答辩硕士答辩输出反馈控制器的设计输出反馈控制器的设计前向设计静态输出反馈控制器设计静态输出反馈控制器前向反向设计基于观测器的输出反馈控制器设计基于观测器的输出反馈控制器随机设计动态输出反馈控制器设计动态输出反

3、馈控制器硕士答辩硕士答辩 绪论1 基于时延切换的ncs静态输出反馈控制2 基于观测器的ncs输出反馈控制3 随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制4 结论与展望5基于时延切换的ncs静态输出反馈控制硕士答辩硕士答辩基于时延切换的ncs静态输出反馈控制图1 零阶保持器被控对象采样器控制器1时延决策器采样器控制器2控制器l寄存器u(k)x(t)y(t)时间驱动u(t)x(k)y(k)事件驱动ts丢包( )y kctt n执行器传感器硕士答辩硕士答辩被控对象：( )( )( ), (1)( )( )cccx ta x tb u tty tc x t化简得：( )( )1: 1 (2) kkx kax

4、 kau kbu ky kcx k基于时延切换的ncs静态输出反馈控制引入函数：maxmaxmax1,2,( )102hif hdkdif hjif hnjd其中硕士答辩硕士答辩则闭环系统为：()()()()1 :() 1 (4)kkkkx kaakc x kbkcx k定理1：100( , ,):0 (5)000tiitttmiiiiiuzyyb kcyyi j muuu (6)ju (7)cuvc基于时延切换的ncs静态输出反馈控制静态输出反馈控制器：() (3)ku kky k硕士答辩硕士答辩仿真算例:23140.0167, 0.0133, 0.0213, 0.0990kkkk 图2 状

5、态轨线图020406080100-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81时间 s状态轨线 x1x2010, , 1 1001cccabc 基于时延切换的ncs静态输出反馈控制硕士答辩硕士答辩 绪论1 基于时延切换的ncs静态输出反馈控制2 基于观测器的ncs输出反馈控制3 随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制4 结论与展望5基于观测器的ncs输出反馈控制硕士答辩硕士答辩1t( )u k( )y k( )v k( )w k2t基于观测器的ncs输出反馈控制图3 基于观测器的动态输出反馈控制器网 络被控对象执行器传感器硕士答辩硕士答辩基于观测器的ncs输出反馈控制观测器：(1

6、)( )( ) ( )( )( )( )x kax kbu kg w ky ky kcx k控制器： ( )v khx k 被控对象模型为：(1)( )( )( )( )x kax kbu ky kcx k 定义估计误差为： ( )( )( )e kx kx k( )( )(1)(1)( )tttttkxkukwkek 定义增广向量为： 硕士答辩硕士答辩基于观测器的ncs输出反馈控制1s :1100000(1)( ), 00000abhbhagckakahhc无数据包丢失2s :22000(1)( ), 00000abhbhgcgagckakahhis c 有数据包丢失3s :3300000(

7、1)( ), 000000abagckakaicc a 有数据包丢失4s :44000(1)( ), 000000abgcgagckakaii两通道都有数据包丢失( )(1)( )kkak闭环控制系统模型：（8）硕士答辩硕士答辩 由子系统 描述的事件的事件率： is,1,2,3,4iin k i 丢包率2342341()22nnnk定义1： 对任意给定的初始条件 ，系统（8） 的解满足 则系统（8）是全局指数稳定的。0(, )nkc0()00( )() ,k kx kcx kkk 基于观测器的ncs输出反馈控制硕士答辩硕士答辩定理2:411 (9)iii*ln (10)(2ln)aatt0,

8、1,2,3,4 (11)tiiiiiiiiipa pimpap , , (12)ppm 基于观测器的ncs输出反馈控制定义2： 对于任意的 和任意的 ， 表示区间 上 的切换次数，如果对于 和 ，有 成立，则 为平均驻留时间， 为 振荡界。( )k1k 0, )nk0, )k( )k00n 0at 00, )/anknk tat0n( )( )( )( ) tkv kk pk证明：硕士答辩硕士答辩求解: 41000 min() s.t. (12),(13)(15) 0* 0, 1,2,3,4iiittttiiiiiiiiitrpqpac n bqpiiiq仿真算例：11005001110010

9、110045,00001011315340110104abc基于观测器的ncs输出反馈控制硕士答辩硕士答辩特征值：0.3333，1.0000，2.6673和0.3327，选取： 1 ,1.2ts取 12341.44, 0.36, 0.300.66720.17752.62360.86311.48250.61920.66200.43531.41322.46350.09830.33540.05860.76470.03640.2230gh基于观测器的ncs输出反馈控制硕士答辩硕士答辩在区间 上， ， ，可以得到 和 ，0,50)144n 2342nnn10.88,2340.048%*ln/(2ln)0

10、.4782at初始条件为 (0)0.5 0.3 0.4 0.2tx图4 状态轨线01020304050-1 0 1 2 x1x2x3x4图5 估计误差轨线01020304050-1-0.500.51 e1e2e3e4基于观测器的ncs输出反馈控制硕士答辩硕士答辩 绪论1 基于时延切换的ncs静态输出反馈控制2 基于观测器的ncs输出反馈控制3 随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制4 结论与展望5随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制硕士答辩硕士答辩被控对象网 络控制器执行器传感器寄存器寄存器图6( )kuk( )y k( )kyk( )u k随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制硕士答辩硕士

11、答辩1211112(1)( )( )( ), (13)( )( )( )( ).kkx kax kb w kb ukz kc x kd w kd uk被控对象：测量方程：()()(),(14)()(1()()().)1ky kc x kd w kykky ky kk控制器： (1)( )( ),( )( ), (15)( )(1( ) ( )(1).(kkkkkx ka x kb yku kc x kukkku ku k随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制闭环系统： (1)( )(1)( ), (16)( )( )(1)( ).clcl cldcl clclcl cldcl clclxka

12、xkaxkb v kz kc xkcxkd v k硕士答辩硕士答辩22 ( )01,01 ( ) (0) ,( )0kclclclv kxkxxk 如果，存在使得，系统被称为均方意义下的指数稳定的。定义3： 引理1：22( ( )0,0,0,01 ( )( ( )( ) (17) ( (1)( )( ( )( ( ) vklyapunovkvkkvkkvkvk 为函数，如果存在使得22 (18)( ) (1)(0) (19)kk那么有， 随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制硕士答辩硕士答辩定理3：0120120( )00 0 20 000tttclclcltttdcldcldclv kpqq

13、pa paa pba pqapaapbappapbp 给定常数且扰动，如果存在正定矩阵 和 ，使得（）(1) ,(1)(16)ab 成立，其中，那么系统是均方意义下的指数稳定。l( )( )( )(1)(1), 21)ttclclclclv kxk pxkxkqxk证明：取 yapunov函数为：（随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制硕士答辩硕士答辩定理4：121223231223,1231230 ,0 , 0 ,0 , 0 ,000 , tttttttkkktthhhhhhhhhhhhhhhhqqhhabcxshhyhxhhh给 定 常 数如 果 存 在 矩 阵和 y ,使 得1223 (

14、2 2 ), (2 3 )0 (2 4 )th hi随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制问题硕士答辩硕士答辩仿真算例:120.92260.633000.511.000 , 0, 001.000.20abb 121112210.100 , 23.73820.2870 , 0, 0, 0ccddd0.1,0.10.5445(0.5488)0.77250.66120.19340.70090.04840.0928 ,0.10580.60140.0879ka0.00690.0074 ,0.0048kb0.00710.00980.0022kc 最优解：控制器参数：随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制硕士答辩硕士答辩改进前：改进后：图7 状态轨线051015202530-1-0.500.511.522.5时间 （s）状态轨线 x1x2x3051015202530-1.5-1-0.500.511.522.5时间 （s）状态轨线 x1x2x3仿真结果:随机时延和丢包的ncs动态输出反馈控制硕士答辩硕士答辩改进前：改进后：051015202530-80-60-40-2002040时 间 s误差 051015202530-80-60-40-2002040时 间 s误差仿真结果:图8 误差轨线随机时延