摘 要

网络控制系统（NCSs）是由被控对象、传感器、控制器、执行器等节点构成的，具有很多长处，比如能够实现资源共享、远程操作与管理、较高的诊断能力、加强系统的柔韧性和可靠性等等，尽管如此，网络控制系统也产生了一系列问题，包括：网络诱导时延、数据包丢失等。迟滞现象普遍存在于控制过程中，使得控制系统的性能变差而且造成不稳定，因此，对于随机时滞系统的研究具有较强的研究价值和实用价值。目前有的途径研究起来求解困难，比如用滞后泛函微分系统和定常时滞系统等等，不能够很好地契合实际系统，如通过建立Lyapunov泛函和相应的不等式界定来进行求解，也有的将网络延迟变为延迟上界。对此，我们采取如下的途径：对于时滞区间分布的网络控制系统构造李雅普诺夫泛函，再用线性矩阵不等式（LMI）工具箱处理不等式，得出控制器反馈增益，接着对比基于确定模型的网络控制系统，最后用MATLAB仿真得到状态响应曲线图。

关键词：时滞区间随机分布；网络延迟；李雅普诺夫函数；线性矩阵不等式（LMI）

Study on Interval Stochastic Distribution of Time Delay

for Networked Control Systems

ABSTRACT

Networked control systems(NCSs for short) consists of some components such as plant, sensor, controller and actuator. The merits of NCSs lie in their resource sharing, remote operation and management, high diagnostic capacity, enhanced system agility, high reliability and so on. However, NCSs have a range of issues such as networked-induced time-delay, data-packet dropout and the like. Hysteresis is commonly found in control process which leads to degradation of control system performance and makes the system unstable. Therefore, the study on stochastic time-delay systems does have a practical value and research value. At present, some methods have difficulty in solving formulas for using lag differential systems and constant time-delay systems, while some are easy to handle but backward for constructing Lyapunov function and constant homologous inequalities. What’s more, some magnify network-delay to delay bound. As to these issues, we take the following method. Firstly, we construct Lyapunov function to express the system model. Secondly, we use LMI toolbox to deal with the inequalities and then obtain the gain of feedback controller. Thirdly, we compare the NCSs which we learn on with the NCSs which is based on certain model to find out the differences. Finally, we can use MATLAB to simulate so that we can get the state response curve.

Key words：Interval stochastic distribution of time delay；Network delay；Lyapunov function；Linear matrix inequality(LMI)

目 录

摘要

ABSTRACT

1 绪论 - 1 -

1.1 研究背景及意义 - 1 -

1.2 随机时滞系统的研究现状 - 2 -

1.2.1 时滞系统的研究现状 - 2 -

1.2.2 随机系统的研究现状 - 3 -

1.3 网络控制系统研究现状 - 4 -

1.3.1 控制器设计的研究现状 - 4 -

1.3.2 网络控制系统理论研究 - 4 -

1.4 线性矩阵不等式（LMIs）概述 - 4 -

1.5 本文的主要研究工作和安排 - 5 -

2 确定模型的网络控制系统分析 - 6 -

2.1 引言 - 6 -

2.2 系统建模 - 6 -

2.3 稳定性分析 - 8 -

2.4 控制器设计 - 10 -

2.5 算例仿真 - 11 -

2.6 鲁棒稳定性分析 - 13 -

2.7 本章小结 - 15 -

3 时滞区间随机分布的网络控制系统分析 - 16 -

3.1 引言 - 16 -

3.2 系统建模 - 16 -

3.3 稳定性分析 - 17 -

2.4 控制器设计 - 21 -

3.5 算例仿真 - 22 -

3.6 本章小结 - 27 -

结 论 - 28 -

致 谢 - 29 -

参考文献 - 30 -

1 绪论

• 1. 研究背景及意义

随着社会的进步，实际的控制系统的要求逐渐严格，同时对于控制理论与技术的要求也变高了，这就代表着经典的点对点网络系统已经无法满足网络控制系统的要求，基于网络的控制系统正在逐步占据主导地位，而应用控制网络构造控制系统具有诸多长处，比如稳定性以及系统柔韧性更好，易于维护等等。

网络控制系统（英文名简写为 NCSs），也可叫作通信与控制系统ICCS（Integrated Communication and Control Systems）是一种全分布式、网络化实时反馈控制系统，是指某个地方现场传感器、控制器及执行器和通信网络的集合，用作设备之间的数据传输，使得该地方不同场所的用户能够实现资源共享和协调操作。现如今，我们的生活中充斥着网络，它可以应用在很多的方面，小到一个具体的设备中都包含有复杂的网络。在实际的应用中，网络控制系统具有很多的长处，很大程度上方便了人们的管理，同时也极大地推进了人类文明社会的发展。因此，对网络控制系统的钻研显得特别重要。

具体的结构如下图所示。