【網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及控制方法探究7800字（論文）】

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及控制方法研究目錄TOC\o"1-3"\h\u269271.緒論 6155051.1研究背景及意義 6215291.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7302542.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 8155752.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu) 8279842.2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主要基本問題 9278962.2.1網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延 980592.2.2單包傳輸與多包傳輸 913912.2.3數(shù)據(jù)包丟失 9259312.2.4節(jié)點的驅(qū)動方式 10127942.2.5時鐘同步 10252993.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制方法 10144693.1增廣狀態(tài)確定性離散時間模型方法 10143143.2隊列方法 11196443.3最優(yōu)隨機(jī)控制方法 12225163.4魯棒控制方法 1344043.5結(jié)構(gòu)方法 13278833.6模糊邏輯調(diào)節(jié)方法 1415055總結(jié) 141971參考文獻(xiàn) 15

1.緒論1.1研究背景及意義隨著電子通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的交叉滲透的日益發(fā)展，控制臺的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，空間分布也變得更加廣泛，這就對控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，新的要求對自動化技術(shù)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，同時也是新的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在地理位置和空間上的限制，擴(kuò)大了控制活動的范圍，減少了系統(tǒng)連接的復(fù)雜性，而且可以降低運(yùn)營成本和維護(hù)費(fèi)用，易于實現(xiàn)管控一體化，加強(qiáng)信息集成。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的控制系統(tǒng)不僅可以用于管理信息系統(tǒng)，而且可應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)控制領(lǐng)域，例如在武器系統(tǒng)領(lǐng)域、機(jī)器人制造領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域、樓宇自動化領(lǐng)域等。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)引起國內(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究具有十分重要的意義。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點是在于低成本、高可靠性、節(jié)約連線、安裝簡單、維護(hù)方便。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)帶來諸多優(yōu)點的同時，也給控制學(xué)科帶來了新的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的各類信息以分時復(fù)用的方式共享有限的網(wǎng)紹資源，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的傳輸速率、數(shù)據(jù)包長度以及所采用的介質(zhì)訪問控制方式等均影響著網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能。因此，網(wǎng)絡(luò)的介入不可避免地在控制回路中引入了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時滯、數(shù)據(jù)包丟失、數(shù)據(jù)包時序錯亂等問題，使得傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的研究方法難以直接應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，從而使得系統(tǒng)的分析和設(shè)計變得復(fù)雜。在很多實際工業(yè)系統(tǒng)中，如在軋鋼過程，管道傳輸，網(wǎng)絡(luò)信號傳輸中等都存在滯后現(xiàn)象，而這些時滯特性的存在會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定或系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能下降，不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。因此對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及控制方法進(jìn)行分析研究具有重要的理論意義和實際工程意義，也是當(dāng)前控制理論研究的熱點之一。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析及綜合的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[1]在研究具有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時滯和數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性時，構(gòu)造了一個同時利用時變時滯區(qū)間上下界和區(qū)間中點信息的Lyapunov-Krasovskii泛函，并且在處理積分項時采用了分區(qū)間討論，得到了一個保守性更小結(jié)果，改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性準(zhǔn)則。文獻(xiàn)[2]在研究區(qū)間時變時滯網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題時，首次將Jensen積分不等式推廣為一個新的不等式，然后結(jié)合Jensen不等式和凸組合技術(shù)得到了一個新的時滯相關(guān)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。在文獻(xiàn)[3][4]中，作者通過引入三重積分來構(gòu)造一個新的Lyapunov-Krasovskii泛函，三重積分的引入減小了所得穩(wěn)定性準(zhǔn)則的保守性，但是同時也增大了計算量。文獻(xiàn)[5]在研究區(qū)間時變時滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題時，在構(gòu)造Lyapunov-Krasovskii泛函的過程中，不但引入了三重積分，更引入了四重積分，結(jié)果雖然減小了穩(wěn)定性準(zhǔn)則的保守性，但大大增加了計算的復(fù)雜度。文獻(xiàn)[6]研究了區(qū)間時變時滯離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，采用了時滯分解法，得到了一個時滯分布相關(guān)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。文獻(xiàn)[7]則通過引進(jìn)馬爾可夫鏈來記錄時滯和數(shù)據(jù)丟包信息，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模成一個新的馬爾可夫跳變線性系統(tǒng)模型，基于Lyapunov穩(wěn)定性理論和LMI方法得到了系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定的充分條件。文獻(xiàn)[8][9]則采用了切換系統(tǒng)的模型來研究網(wǎng)絡(luò)控制預(yù)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。文獻(xiàn)[10][11]在分析網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題時采用了改進(jìn)的Wirtinger不等式，得到了一個比現(xiàn)有文獻(xiàn)所得結(jié)果保守性更小的穩(wěn)定性準(zhǔn)則。到目前為止，廣大學(xué)者對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了非常豐碩的成果。但是受各種因素的制約，使得所取到的成果都還存在一定的保守性，仍然存在許多有待改進(jìn)的地方。比如在采用Lyapunov-Krasovkii泛函方法研究網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性時，如何構(gòu)造更為恰當(dāng)?shù)腖yapunov-Krasovkii泛函，還有如何對積分項的處理方法進(jìn)行改進(jìn)以得到保守性更小的穩(wěn)定性準(zhǔn)則。很多學(xué)者在研究網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題時采用了時滯分解法，得到了很多研究成果，但是并未將時滯分解法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的量化研究當(dāng)中。本文就針對該問題對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及控制方法進(jìn)行研究。2.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性2.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由傳感器、控制器、通訊網(wǎng)、執(zhí)行器和被控對象組成。其中傳感器、控制器和執(zhí)行器被當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)中的一個通訊結(jié)點，具有收、發(fā)數(shù)據(jù)的功能。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本原理為：傳感器結(jié)點采樣被控對象的輸出或被控制對象的全部狀態(tài)，并送到網(wǎng)絡(luò)通道上；控制器結(jié)點接收傳感器傳出的數(shù)據(jù)，利用它結(jié)合控制器結(jié)點內(nèi)部的算法計算當(dāng)前被控對象期望的輸入信號，并將這個信號傳送到網(wǎng)絡(luò)通道上；執(zhí)行器結(jié)點接收控制器結(jié)點傳出的信號，經(jīng)過相應(yīng)的處理并作為被控對象的輸入，從而實現(xiàn)被控對象的閉環(huán)控制。圖1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖目前網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為以下兩種：直接結(jié)構(gòu)和等級結(jié)構(gòu)。直接結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖2所示，傳感器結(jié)點采樣被控制對象的輸出通過網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到控制器結(jié)點，控制器結(jié)點將控制信號通過網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到執(zhí)行器。采用這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有很多，如：遠(yuǎn)距離學(xué)習(xí)實驗室。和直流電機(jī)的速度控制系統(tǒng)。等級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖3所示。在等級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，存在遠(yuǎn)程控制器和本地控制器，通過網(wǎng)絡(luò)通道分隔，與對象處在同側(cè)的是本地控制器，另一側(cè)為遠(yuǎn)程控制器。在這種結(jié)構(gòu)中，傳感器、執(zhí)行器結(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收或發(fā)送、接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容全部或其中一部分受到本地控制器的控制。這種結(jié)構(gòu)被運(yùn)用在好幾種應(yīng)用系統(tǒng)中，如移動機(jī)器人控制和遙控機(jī)器人。至于選擇哪種結(jié)構(gòu)，要根據(jù)實際的需要而定。圖2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)直接結(jié)構(gòu)圖圖3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等級結(jié)構(gòu)圖2.2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主要基本問題網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用實時網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)，具有很多優(yōu)點，但同時也帶來諸多新的問題如網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟失等，傳統(tǒng)的控制理論方法不能直接應(yīng)用到NCS當(dāng)中。2.2.1網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延網(wǎng)絡(luò)通信有很多的信息源，在系統(tǒng)的各節(jié)點憑借網(wǎng)絡(luò)對信息進(jìn)行傳輸時，應(yīng)該對網(wǎng)絡(luò)通信通道分時進(jìn)行共享。很多節(jié)點憑借網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進(jìn)行交換時，會有連接中斷、數(shù)據(jù)碰撞、多路徑傳輸、網(wǎng)絡(luò)擁塞等現(xiàn)象出現(xiàn)，致使延長了交換信息的時間，這被稱為網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時，這是因為網(wǎng)絡(luò)通訊的承載力、通訊帶寬都是有限的。延時的特點是隨機(jī)或固定的、有界或無界的，這些受到了如下因素的影響：信息包的大小、網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的通信協(xié)議等，這些都會降低控制系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致其變得不穩(wěn)定，這也帶來了很多的困難給分析以及設(shè)計控制系統(tǒng)。2.2.2單包傳輸與多包傳輸單包傳輸指的是傳感器、控制器在NCS中的一個數(shù)據(jù)包里捆綁了一個等待發(fā)送的數(shù)據(jù)共同發(fā)送。多包傳輸指的是傳感器、控制器在NCS中的多個數(shù)據(jù)包里來傳輸?shù)却l(fā)送的數(shù)據(jù)。將單包傳輸或多包傳輸應(yīng)用在NCS里，是由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點各傳感器所處的地理距離、控制網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的容量來決定的。當(dāng)傳感器節(jié)點的各個傳感器位于較遠(yuǎn)的地理位置或等待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)超出了對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行控制的容量的時候，應(yīng)該把等待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成為多個數(shù)據(jù)包再進(jìn)行傳輸。2.2.3數(shù)據(jù)包丟失網(wǎng)絡(luò)的連接中斷和阻塞是導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失的原因之一。節(jié)點在對發(fā)送數(shù)據(jù)的權(quán)力進(jìn)行競爭時是需要時間的，所以如果在既定的時間之內(nèi)，節(jié)點不能將數(shù)據(jù)成功的發(fā)送出去，就會丟棄這個數(shù)據(jù)。另外的一個丟掉數(shù)據(jù)包是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)臅r候因為發(fā)生了錯誤要求重新發(fā)送數(shù)據(jù)，在規(guī)定的時間之內(nèi)，這個節(jié)點的數(shù)據(jù)重新發(fā)送依舊是失敗的。在NCS中，當(dāng)節(jié)點出現(xiàn)故障或發(fā)生信息傳送碰撞時，就可能出現(xiàn)丟失網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的現(xiàn)象。盡管多數(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具備報文重發(fā)機(jī)制，但它們僅僅對于在有限的時間內(nèi)可以重新發(fā)送，等到時間過期，數(shù)據(jù)包也就被丟棄。此外，對于諸如傳感器信息和控制信號這樣的實時反饋控制數(shù)據(jù)，也許丟棄未被發(fā)送的舊報文并傳輸有用的新報文是有利的。在這種情況下，控制器總是接收最新的數(shù)據(jù)來計算所需要的控制律。通常反饋被控對象可以容許一定量的數(shù)據(jù)丟失，當(dāng)僅僅以某個速率傳輸數(shù)據(jù)包時，有必要確定所導(dǎo)出的系統(tǒng)是否是穩(wěn)定的，并且計算這個數(shù)據(jù)報傳輸速率的容許下界2.2.4節(jié)點的驅(qū)動方式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的節(jié)點有兩種驅(qū)動方式，即時鐘驅(qū)動和事件驅(qū)動。時鐘驅(qū)動是指網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在一個事先確定的時間到時開始它的動作。事件驅(qū)動是指網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在一個特定的事件發(fā)生時便開始它的動作。NCS中的傳感器一般采用時鐘驅(qū)動，傳感器的時鐘即為系統(tǒng)的時鐘，而控制器和執(zhí)行器既可以是時鐘驅(qū)動，也可以是事件驅(qū)。2.2.5時鐘同步在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，當(dāng)控制器和執(zhí)行器有一個為時鐘驅(qū)動時，便存在一個時鐘同步問題。時鐘同步的目的是給兩個或多個節(jié)點的內(nèi)部時鐘以同樣的值。時鐘同步又可分為硬件同步和軟件同步。硬件同步一般是在系統(tǒng)的各個節(jié)點之間用導(dǎo)線相連，時鐘同步信號由導(dǎo)線傳遞。在NCS中，由于系統(tǒng)的節(jié)點有可能分布在一個較大的物理空間，用硬件同步一般比較困難且代價昂貴，多采用軟件同步的方式，軟件同步一般通過在網(wǎng)絡(luò)上定時廣播具有較高優(yōu)先權(quán)的同步時鐘的方式實現(xiàn)。3.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制方法關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制方法研究集中在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，保證系統(tǒng)的其它性能。因此目前從不同的角度和領(lǐng)域提出了各種預(yù)測、補(bǔ)償和分析方法。這些方法主要有：3.1增廣狀態(tài)確定性離散時間模型方法狀態(tài)增廣法是指將經(jīng)過延遲的對象輸入輸出變量作為增廣法，建立新的狀態(tài)空間方法，并與原始狀態(tài)方程聯(lián)立共同來描述系統(tǒng)。增廣狀態(tài)的維數(shù)與系統(tǒng)狀態(tài)維數(shù)、輸入輸出維數(shù)以及時延大小有關(guān)，因而描述系統(tǒng)狀態(tài)的增廣狀態(tài)方程維數(shù)常常變得很大，系統(tǒng)的復(fù)雜性也相應(yīng)大幅增加。Halevi和Ray以狀態(tài)增廣法為基礎(chǔ)，針對具有周期性時延的網(wǎng)絡(luò)提出增廣狀態(tài)確定性離散時間模型的控制方法。該方法針對線性連續(xù)時間被控對象以周期T對系統(tǒng)進(jìn)行采樣，得到如下離散時間狀態(tài)方程式中，是系統(tǒng)的實現(xiàn)。令控制器的設(shè)定值為0，這種方法中使用的線性時變離散控制器模型可以表示為式中，是控制器的狀態(tài)向量；是計算控制量時控制器得到的最新側(cè)量數(shù)據(jù)；F，G，H，J是描述控制器動態(tài)特性的定常矩陣。若，合并以上公式并整理得：式中，是系統(tǒng)的增廣狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，可由和計算出。對于具有周期性時延特性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)來說，增廣狀態(tài)離散時間模型方法比較直接，也易于理解，改進(jìn)后可用于傳感器和控制器采樣周期不相等的控制系統(tǒng)。但由于這種方法采用了增廣狀態(tài)法，系統(tǒng)的復(fù)雜性大大提高。3.2隊列方法這種方法是通過緩沖器隊列把NCS中的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)延時轉(zhuǎn)換成時不變的確定性延時，然后利用NCS的確定性或可能性信息對系統(tǒng)進(jìn)行控制算法設(shè)計。最早利用這種方法的是Luck和Ray，分別在1990年和1994年提出的基于確定性預(yù)測延時的補(bǔ)償方法，該方法利用一個觀測器來估計被控對象的狀態(tài)，并基于過去輸出的量測值來預(yù)估控制量，這些控制量和過去輸出的量測值存儲在一個先進(jìn)先出的隊列中，相應(yīng)的緩沖器分別定義為Q1和Q2，其中Q1和Q2的大小分別為_和θ，應(yīng)用這種延時補(bǔ)償方法的設(shè)計步驟為：1)用Q2中的一組過去時刻的輸出量測值Z(k)={y(k-Q)，y(k-Q-1，…)}，其中Q是Q2中包的數(shù)量，用觀測器來估計對象的狀態(tài)x^(k-θ+1)；2)預(yù)測器用x^(k-θ+1)來預(yù)測將來的狀態(tài)x^(k+u)；3)控制器用x^(k+_)來計算預(yù)測控制量u(k+n)，并將其存入Q1中。由于觀測器和預(yù)測器的性能都依賴于模型的精確性，因此，被控對象的動態(tài)模型必需十分精確。1995年Chan和Oaguner提出了另一種緩沖隊列方法用于控制隨機(jī)延時網(wǎng)絡(luò)的NCS，其中傳感器端的緩沖寄存器Q1的容量為_，而預(yù)測器前的寄存器Q2只能存儲一個數(shù)據(jù)包，輸出量先存儲在Q1中，等到網(wǎng)絡(luò)空閑時再被傳送到Q2中。設(shè)Q1中存放的包的數(shù)據(jù)量為i，Q2的輸出為w(k)，在采樣時刻k，如果傳感器在讀Q2之前不能把y(k)傳送過來的話，w(k)則取前一時刻的w(k-1)的值，總之，w(k)與{y(k)，y(k-1)，…y(k-n)}中的某個相對應(yīng)，這樣，w(k)可以簡化為y(k-i)或y(k-i+1)，其中i=1，2，…，n稱為延時時間。預(yù)測器然后估計當(dāng)前狀態(tài)。這種方法需要知道所有的狀態(tài)信息，如果所有狀態(tài)信息不可獲得的話，就需要使用一個觀測器。有了這些預(yù)測狀態(tài)，控制律就可以使用各種控制算法來進(jìn)行了。在此基礎(chǔ)之上將滑模變結(jié)構(gòu)控制和預(yù)估控制的方法引入控制器的設(shè)計中，得出的控制器可用于時間延遲大于一個采樣周期的情況。3.3最優(yōu)隨機(jī)控制方法1998年Nilson提出用最優(yōu)隨機(jī)控制方法對隨機(jī)延時網(wǎng)絡(luò)NCS進(jìn)行控制[14]。這種控制方法把NCS中的隨機(jī)延時看作線性二次型高斯(LQG)問題，而不是像前面方法中進(jìn)行的各種假設(shè)，該方法中假設(shè)f<T。最優(yōu)隨機(jī)控制的目標(biāo)是在可獲得全部狀態(tài)信息情況下使性能指標(biāo)。最優(yōu)狀態(tài)反饋控制律是，其中，L是解線性二次高斯問題所得的最優(yōu)增益陣，假設(shè)延時是獨(dú)立的，并且需要知道過去時刻的延時。假如狀態(tài)不能全部可測，則需要一個像Kalman濾波器之類的最優(yōu)估計器，因此，這種情況下需要過去時刻的所有與過去延時信息有關(guān)的輸入輸出信息{y(0)，y(1)，…，y(k)，u(0)，…，u(k-1)}。同樣，基于Markov鏈延時特性的控制方法也得到一定的研究?；谶@種最優(yōu)性能指標(biāo)的最優(yōu)隨機(jī)控制方法比基于確定預(yù)測延時補(bǔ)償方法能獲得更好的控制性能。對控制器是事件驅(qū)動，在fsck第k步傳感器到控制器之間的延遲未知的情況下，基于動態(tài)規(guī)劃和最優(yōu)控制理論，得出了使系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定的控制律。文獻(xiàn)[11]針對控制網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)傳輸延遲，提出控制器節(jié)點采用事件驅(qū)動的方式，同時在傳感器和控制器節(jié)點發(fā)送端設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)，以確保信息按產(chǎn)生的時間先后依次到達(dá)接收端，采用這種控制模式，利用傳輸延遲的Markov特性，得到了具有多步隨機(jī)傳輸延遲的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。并得到了滿足給定二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制律的解析表達(dá)式，成功地解決了原來事件驅(qū)動模式下對這類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)無法獲取其解析隨機(jī)控制律的難題。3.4魯棒控制方法2000年Goktas在頻域中用魯棒控制理論設(shè)計出網(wǎng)絡(luò)控制器[12]，這種方法的主要優(yōu)點是不需要預(yù)先知道有關(guān)網(wǎng)絡(luò)延時的概率分布，把網(wǎng)絡(luò)延時fsc，fca都看作乘性攝動，并假設(shè)fsc，fca都是有限并可近似為液體流動模型，延時由兩部分組成，第一部分為常值，第二部分為不確定性延時，隨第一部分的變化而變化。在頻域中，延時由一階伯德近似而得，不確定性延時部分被看作乘性攝動。然后使用H∞律設(shè)計一個連續(xù)時間控制器，該控制器在實際網(wǎng)絡(luò)中用雙線性變換進(jìn)行離散化。另外，作者在遠(yuǎn)程機(jī)器人應(yīng)用中為達(dá)到最大容錯性，還提出ATM網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量魯棒控制方法。文獻(xiàn)[22]從連續(xù)控制角度出發(fā)，將延時環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為不確定塊，并用Matlab的分析和綜合工具箱設(shè)計了魯棒控制器，使得閉環(huán)系統(tǒng)具有較好的抗干擾能力。文獻(xiàn)[23]將時延的不確定性轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)狀態(tài)方程系數(shù)矩陣的不確定性，將網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的狀態(tài)向量擴(kuò)張為增廣狀態(tài)向量，利用所提出的基于LMI的H∞魯棒控制方法，通過狀態(tài)的靜態(tài)反饋控制，使得系統(tǒng)在沒有外界未知擾動影響的情況下，實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)二次穩(wěn)定的；在系統(tǒng)存在外界未知擾動影響時，實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)具有較好的干擾抑制作用。3.5結(jié)構(gòu)方法網(wǎng)絡(luò)通信時延的產(chǎn)生大部分原因在于網(wǎng)絡(luò)上通信負(fù)荷過大，減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷可以顯著降低網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時延。為此，Luis等人提出了一種基于模型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)控制方法。在采用模型狀態(tài)反饋控制律的條件下，盡可能的少用網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，找出最大通訊間隔以降低網(wǎng)絡(luò)帶寬對控制系統(tǒng)的限制，從而減小網(wǎng)絡(luò)時延對系統(tǒng)的影響。這種方法考慮的是傳感器和執(zhí)行器作為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，通過網(wǎng)絡(luò)連接傳感器和控制器/執(zhí)行器，系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為反饋路徑。假定傳感器一端發(fā)送數(shù)據(jù)到達(dá)控制器/}L行器一端經(jīng)過的時間為h。網(wǎng)絡(luò)每隔h秒傳輸一次數(shù)據(jù)，用真實對象的狀態(tài)更新模型的狀態(tài)?？刂坡蔀檎鎸崒ο鬆顟B(tài)的反饋，整個系統(tǒng)形成閉環(huán)。在狀態(tài)不更新的時候，就用模型的狀態(tài)反饋形成控制律，這樣控制律就不會間斷。在從時刻，預(yù)報單元從網(wǎng)絡(luò)上接收到的對象的狀態(tài)其實是傳感器時刻發(fā)送來的。存儲單元把過去的控制量和狀態(tài)量存儲起來，預(yù)報單元根據(jù)以前的狀態(tài)t和控制t來預(yù)報x（kh），用預(yù)報值z(kh)來更新模型的狀態(tài)。這樣就起到了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時延的作用。Luis考慮的這種方法要求網(wǎng)絡(luò)時延是小于h的常數(shù)，所用的模型是與被控對象結(jié)構(gòu)相同、參數(shù)隨機(jī)的模型。不過該方法并不要求被控對象是穩(wěn)定的，只要求模型是穩(wěn)定的，而且所求的h并不要求小于一個采樣周期。3.6模糊邏輯調(diào)節(jié)方法很多情況下，被控對象的數(shù)學(xué)模型很難得到，對此，Almutairi等人針對現(xiàn)場中廣泛應(yīng)用的PIE制器，基于模糊邏輯理論，提出了自適應(yīng)模糊邏輯調(diào)制方法，對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延進(jìn)行補(bǔ)償。2001年Almutairi等提出對線性被控對象用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)延時補(bǔ)償?shù)哪：壿嬚{(diào)節(jié)方法，該方法中，PI調(diào)節(jié)器的增益由控制器的輸出與對應(yīng)的由網(wǎng)絡(luò)延時引起的系統(tǒng)輸出的差通過外部調(diào)節(jié)，這樣，PI控制器在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不需要重新設(shè)計、修改或受干擾，用該方法對一個直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。文獻(xiàn)研究了基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程伺服控制系統(tǒng)，提出的動態(tài)模糊控制器可按網(wǎng)絡(luò)中不斷變化的傳輸延時，根據(jù)最佳參數(shù)庫不斷調(diào)整其控制參數(shù)，使系統(tǒng)保持穩(wěn)定并使輸出達(dá)到一定的性能指標(biāo)要求?？偨Y(jié)與傳統(tǒng)的點對點控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)出來的布線復(fù)雜?維護(hù)困難?可擴(kuò)展性差?成本高等一系列問題顯得日益突出相比，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有共享信息資源?減少系統(tǒng)布線?易于擴(kuò)展和維護(hù)?増加系統(tǒng)的靈活性和可靠性等優(yōu)點，使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在王業(yè)界得到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用?因此，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究引起了人們的興趣?本文主要通過研究了兩種情況的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，一種是基于觀測器的時延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，另一種是帶有不確定項網(wǎng)絡(luò)按制系統(tǒng)的保性能控制問題?主要運(yùn)用Lyapunov穩(wěn)定性定理，及線性矩陣不等式原理求解問題，并采用Matl油工具箱進(jìn)行系統(tǒng)仿真?首先，保證NCS穩(wěn)定和網(wǎng)絡(luò)可調(diào)同時滿足的條件下，在采用較慢傳輸比率與信息包丟失之間有一個折衷問題。把這種信息包遺棄作為一個網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的問題是一個令人關(guān)注的研究方向，也就是能否計算出這個信息包的丟棄模式仍舊使得NCS的性能得以維持的問題。其次，最優(yōu)調(diào)度也是一個值得深入研究的領(lǐng)域。