论文摘要：基于切换理论研究数据包丢失的网络化控制系统

随着控制科学和计算机的飞速发展，控制系统与网络通信系统的集成己成为控制网络技术的一个热点，为此提出了网络化控制系统(NCS)。由于网络的介入，不可避免的带来以下问题：网络延迟、数据包丢失、多包传输的错序等。本文在详细分析数据包丢失的不利影响的基础上，把网络看成开关，将NCS建模为一类切换系统模型，基于李亚普诺夫稳定性理论、切换系统理论、脉冲系统理论，对网络化控制系统基于观测器控制的稳定性、不确定系统的鲁棒控制和保成本控制进行了研究，给出了网络控制系统的稳定性的充分条件和不同类型控制器的设计方法。主要内容包括以下几个方面。研究了丢包NCS的状态反馈控制器设计和基于观测器的状态反馈控制器设计问题。被控对象的状态能直接测得时，首先将NCS建模为一类切换系统模型，由此转化为一类脉冲系统模型。建立了该脉冲系统指数稳定的充分条件，也可以保证NCS指数稳定性。被控对象的状态不完全能直接测得时，将NCS建模为一类切换系统模型，利用李亚普诺夫稳定性理论和平均驻留时间思想，建立了基于观测器NCS指数稳定性的充分条件，给出了基于观测器的控制器的一种设计方法。两个数值算例验证了所得结果的有效性。针对不确定性对象，研究了丢包NCS的鲁棒控制和满足线性二次型性能指标的保成本控制问题。研究鲁棒控制时，将NCS系统建模为一类切换系统模型，通过LMI给出一种具有鲁棒稳定性的状态反馈控制器的设计方法。研究保成本控制问题时，将NCS建模为一类具有结构不确定性的脉冲系统模型，给出了NCS存在保性能控制器的设计。数值仿真验证了系统具有很好的鲁棒稳定性和性能。