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被动变采样周期网络控制系统的H∞控制器设计
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2009-07-30
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本文研究了具有被动变采样周期网络控制系统的H∞控制器设计问题。提出了
基于采样周期切换的方法（采样周期在有限集合内切换），并利用该方法将具有时变采样周期及时延的网络控制系统建模为切换系统。在此基础上，通过求解满足一组线性矩阵不等式约束的多目标优化问题，研究了网络控制系统的H∞控制器设计方法。仿真结果验证了基于采样周期切换的H∞控制器设计方法的有效性。
随着通信技术的快速发展，计算机网络被引入到反馈控制系统中。这种具有网络的分布
式控制系统，称为网络控制系统（NCSs）。
与传统的点对点直接控制系统相比， NCSs易于安装和维护，能有效地提高可靠性，减
少系统重量、体积、能耗和布线，因而广泛应用于设备制造、交通通讯、航空航天等控制领域。但同时NCSs中也存在传输时延、数据包丢失、噪声干扰等问题，这使得传统的控制理论必须重新评估后才能应用于NCSs中。
文[1-4]讨论了NCSs的时延分析及稳定性问题。文[5，6]讨论了变采样周期的问题，但
是没有考虑H∞控制器设计。文[7，8]分析了NCSs的网络特性，文[2，4]中考虑的系统中传感器的采样周期是常数。然而在NCSs中，计算机负载的变化、网络的影响以及器件故障等会导致采样周期在某个理想周期左右波动。另外，系统状态还会受到外部干扰的影响。因此，如何合理的设计控制器，克服数据包丢失、外来干扰所带来的影响,从而确保整个系统的稳定且保持好的性能，具有十分重要的意义。
本文首先将具有被动时变采样周期的NCSs建模为一个切换系统，然后利用本文提出的基
于采样周期切换及时延切换的方法研究了NCSs的H∞控制器设计方法。仿真结果验证了本文所提出的H∞控制器设计方法的有效性。
基于采样周期切换的方法（采样周期在有限集合内切换），并利用该方法将具有时变采样周期及时延的网络控制系统建模为切换系统。在此基础上，通过求解满足一组线性矩阵不等式约束的多目标优化问题，研究了网络控制系统的H∞控制器设计方法。仿真结果验证了基于采样周期切换的H∞控制器设计方法的有效性。
随着通信技术的快速发展，计算机网络被引入到反馈控制系统中。这种具有网络的分布
式控制系统，称为网络控制系统（NCSs）。
与传统的点对点直接控制系统相比， NCSs易于安装和维护，能有效地提高可靠性，减
少系统重量、体积、能耗和布线，因而广泛应用于设备制造、交通通讯、航空航天等控制领域。但同时NCSs中也存在传输时延、数据包丢失、噪声干扰等问题，这使得传统的控制理论必须重新评估后才能应用于NCSs中。
文[1-4]讨论了NCSs的时延分析及稳定性问题。文[5，6]讨论了变采样周期的问题，但
是没有考虑H∞控制器设计。文[7，8]分析了NCSs的网络特性，文[2，4]中考虑的系统中传感器的采样周期是常数。然而在NCSs中，计算机负载的变化、网络的影响以及器件故障等会导致采样周期在某个理想周期左右波动。另外，系统状态还会受到外部干扰的影响。因此，如何合理的设计控制器，克服数据包丢失、外来干扰所带来的影响,从而确保整个系统的稳定且保持好的性能，具有十分重要的意义。
本文首先将具有被动时变采样周期的NCSs建模为一个切换系统，然后利用本文提出的基
于采样周期切换及时延切换的方法研究了NCSs的H∞控制器设计方法。仿真结果验证了本文所提出的H∞控制器设计方法的有效性。
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