[發(fā)明專利]一種丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811522266.7
• 申請(qǐng)日: 2018-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN109597306A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉越;韓春艷;孫欽鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 濟(jì)南譽(yù)豐專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37240
• 代理人: 高強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法。它用帶有觀測(cè)的離散線性系統(tǒng)模型描述由于設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)擁塞、路由信息錯(cuò)誤等原因引起丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，使用增廣矩陣法建立與參考軌跡相關(guān)的增廣系統(tǒng)模型，在有限時(shí)域情況下，基于新的極大值原理、微分Riccati方程、卡爾曼濾波理論以及李雅普諾夫理論，提出了一個(gè)與狀態(tài)和參考軌跡都相關(guān)的最優(yōu)輸出反饋跟蹤控制器設(shè)計(jì)方案，并給出了狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)，另外在無限時(shí)域的情況下，根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定理論和代數(shù)Riccati方程，提出了可以使系統(tǒng)穩(wěn)定的最優(yōu)跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法。給出具有輸出反饋形式的控制器設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定并提供了良好的跟蹤性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法，尤其涉及最優(yōu)輸出反饋跟蹤控制器的設(shè)計(jì)。它針對(duì)用帶有觀測(cè)輸出的離散線性系統(tǒng)描述的丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，利用增廣系統(tǒng)理論進(jìn)行模型變換，基于新的極大值原理、Riccati方程，再根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定理論、卡爾曼濾波理論，在有限時(shí)域情況下和無限時(shí)域情況下分別給出了最優(yōu)跟蹤控制存在的充分必要條件，并提出了與狀態(tài)和參考軌跡都相關(guān)的最優(yōu)輸出反饋跟蹤控制器的設(shè)計(jì)方法。屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

得益于計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用迅速發(fā)展并逐漸滲透到生活中的各個(gè)領(lǐng)域。在控制領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)也是逐漸改變著控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過通信網(wǎng)絡(luò)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)已經(jīng)變成了普遍現(xiàn)象。這種由網(wǎng)絡(luò)形成的閉環(huán)控制系統(tǒng)被稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)來說，其具有成本低、功耗小、可以遠(yuǎn)程操控、能夠資源共享、便于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于智能交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療、航空航天、制造過程以及國(guó)防等領(lǐng)域。但是網(wǎng)絡(luò)并不是一種可靠的傳輸介質(zhì)，由于路由器中斷、連接中斷等方面的原因，傳輸過程也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象。丟包現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且使系統(tǒng)的分析變得異常復(fù)雜，因此近年來對(duì)丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究成為人們?nèi)找骊P(guān)注的話題。

近年來一部分對(duì)于丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究取得了一定的成果，其中包括應(yīng)用卡爾曼濾波理論得到的局部最優(yōu)估計(jì)、基于矩陣線性不等式提出的乘性噪聲系統(tǒng)的次優(yōu)濾波以及丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析等等。總的來說，大部分的研究都致力于系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)，但是很少有技術(shù)涉及到丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制甚至跟蹤控制設(shè)計(jì)。

眾所周知，輸出反饋控制已廣泛應(yīng)用于理論分析以及工程實(shí)踐中。在該技術(shù)背景下，本發(fā)明給出了一種丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最優(yōu)輸出反饋跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法。對(duì)用帶有觀測(cè)輸出的離散線性系統(tǒng)模型描述的由于設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)擁塞、路由信息錯(cuò)誤等原因引起丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，使用增廣矩陣法建立與參考軌跡相關(guān)的增廣系統(tǒng)模型，在有限時(shí)域情況下，基于新的極大值原理、微分Riccati方程、卡爾曼濾波理論以及李雅普諾夫理論，提出了一個(gè)與狀態(tài)和參考軌跡都相關(guān)的最優(yōu)輸出反饋跟蹤控制，并給出了狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)，另外在無限時(shí)域的情況下，根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定理論和代數(shù)Riccati方程，提出了可以使系統(tǒng)穩(wěn)定的最優(yōu)跟蹤控制，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提供了良好的跟蹤性能。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在實(shí)際工程（如遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能交通、工業(yè)制造等）中應(yīng)用時(shí)遇到的丟包和跟蹤問題，利用離散線性系統(tǒng)模型進(jìn)行描述；由于需要對(duì)丟包系統(tǒng)和參考軌跡分別求解使得求解過程變得異常復(fù)雜，基于增廣矩陣原理建立增廣系統(tǒng)模型，同時(shí)考慮到有限時(shí)域和無限時(shí)域兩種情況，根據(jù)新的極大值原理、Riccati方程、卡爾曼濾波理論以及李雅普諾夫穩(wěn)定理論提出了具有良好跟蹤性且能使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制器設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而構(gòu)造了具有輸出反饋形式的跟蹤控制器，保證了帶有丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的跟蹤性能。

技術(shù)方案：本發(fā)明是一種基于離散線性系統(tǒng)模型的輸出反饋控制器設(shè)計(jì)方法，該方法具體步驟如下：

第一步對(duì)離散線性系統(tǒng)進(jìn)行描述