网络化串级系统的控制问题研究

【摘要】闭环控制系统各分立节点进行信息交互的传输媒介为计算机网络时,称为网络化控制系统(NCS)。网络化串级控制系统(NCCS)将复杂过程控制系统与通信网络充分结合,较传统专线连接控制具有装置间信息开放、大空间布局系统组件及便于整合全局信息做智能决策等优点。本文以网络化串级控制系统为研究对象,研究了随机短时延下系统的鲁棒H∞反馈控制器设计、同时存在Markov时延与丢包下系统的网络化预测控制以及外部扰动作用于内回路时系统的网络化预测控制等问题。具体研究内容如下：首先,简要介绍了串级控制系统和常用控制网络的基础知识,给出网络化串级控制系统进行分析时需考虑的基本问题。接着详细介绍了实际过程工业中常用的网络化串级控制系统四种网络配置方式及每种方式的特点。同时给出网络化预测控制策略的原理并阐述了对未知输入(或扰动)进行估计的比例-积分观测器(PIobserver)的设计方法。其次,针对基于现场总线(Fieldbus)的网络化串级系统进行鲁棒H∞控制器设计。通过对系统现场总线诱导出的随机短时延特性分析,经离散化后得到对应系统的离散化增广状态模型。接着定义增广状态系统的Lyapunov函数,通过使用线性矩阵不等式(LMI)方法及Schur补引理等知识,给出输出反馈下系统的鲁棒H∞渐近稳定条件以及相应主／副控制律反馈矩阵的求取方法。仿真实验中通过对基于现场总线的主汽温控制系统建模与分析验证了设计控制律方法的有效性。然后,研究了随机时延下网络化串级系统的网络化预测控制策略。首先,给出网络化串级控制系统对应的增广状态方程并设计增广系统状态估计器,给出根据状态估计器得出预测控制输入序列及补偿器选取控制输入的方式。然后,利用切换系统理论知识给出NCCS网络化预测的随机稳定条件。另外,研究了一类存在扰动的网络化串级控制系统的网络化预测控制。首先,建立扰动存在时系统的全维PI观测器,利用观测器对扰动及状态进行估计并给出系统PI观测器可设计的条件。结合切换系统相关理论给出扰动作用下NCCS的网络化预测控制的随机输出有界稳定条件。最后,对主要研究内容进行简要总结,并结合最新研究成果与当前研究中遇到的问题给出了未来研究的方向。
【作者】杨红广；
【导师】康宇；
【作者基本信息】中国科学技术大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】网络化串级控制系统；时延；鲁棒控制；网络化预测控制；

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