[发明专利]一种高速率通信网络影响下时变系统的有限时域H∞控制方法

说明书

本发明提供一种高速率通信网络影响下时变系统的有限时域H∞控制方法，属于网络化控制系统领域。首先建立随机通信协议和高速率通信网络影响下，存在乘性噪声、随机时滞和量化误差的网络化时变系统模型，然后设计基于观测器的状态反馈控制器，利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式分析方法，得到闭环系统满足H∞性能要求的充分条件；最后提出基于锥补线性化方法的有限时域H∞控制器设计算法，利用Matlab LMI工具箱求解得到观测器和控制器的时变增益矩阵。本发明考虑实际情况下随机通信协议和高速率通信网络对网络化时变系统的影响，考虑系统存在乘性噪声、随机时滞和量化误差，适用于一般网络化时变系统的有限时域H∞控制，降低了保守性。

技术领域

本发明属于网络化控制系统领域，涉及一种高速率通信网络影响下时变系统的有限时域H∞控制方法。

背景技术

由于网络化控制系统(Networked Control Systems,NCSs)具有易于共享、灵活性强和安装维护方便等优点，近年来关于NCSs的控制和滤波问题引起了广泛的研究。现有的控制器和滤波器设计方法大多只针对无限时域下时不变的被控对象，而在实际的NCSs中，由于操作点偏移、设备老化和环境因素的影响，很多系统都有时变参数，因此研究时变系统在有限时域内的暂态特性有时比研究时不变系统的稳态特性更具有实际意义。

一方面，对于实际的工业系统，时滞是不可避免的，同时信号在传输过程中会出现畸变和衰减等问题，可以看成受到了乘性噪声干扰。另一方面，在NCSs中，网络信号的传输速度有时比传感器的采样速度快的多，这样的网络称为高速率通信网络。例如，过程现场总线-过程自动化网络的数据传输速率为31.25kb/s，而13-b LM95172温度传感器的采样周期只有35ms(约0.37kb/s)，12-b DT138加速度传感器的最大采样速率为100hz(1.2kb/s)，这将导致对网络信号的过采样(即传感器相邻的两个采样时刻之间网络信号已经进行了多次传输)，而且在实际的NCSs中往往存在多个传感器，这些传感器在同一时刻使用该网络与控制器或滤波器进行高速通信时，由于网络带宽的限制，更容易造成数据的冲突和丢失等问题，进而影响系统的稳定性和性能，因此需要引入通信协议来管理每个传感器节点访问网络的权利。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高速率通信网络影响下时变系统的有限时域H∞控制方法。考虑随机通信协议和高速率通信网络影响下网络化时变系统存在随机时滞、乘性噪声以及量化误差的情况，设计了有限时域内基于观测器的状态反馈控制器，使得闭环网络化时变系统在上述情况下仍能保持稳定并满足H∞性能指标。

本发明的技术方案：

一种高速率通信网络影响下时变系统的有限时域H∞控制方法，包括以下步骤：

1)建立存在乘性噪声和随机时滞的时变系统的数学模型