[发明专利]丢包及转移概率部分未知的变采样NCS控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种丢包及转移概率部分未知的变采样NCS控制器设计方法，包括：将时变采样周期分成为定常采样周期和网络诱导时延的和，建立了系统离散模型，将采样周期的不确定性转换成系统参数的不确定性；将存在数据包丢失的网络控制系统被建模成具有4个子系统的Markov跳变系统，并具有部分未知的跳变概率，数据包丢失情况采用Bernoulli序列描述；利用Lyapunov稳定性定理及随机理论的分析方法得到该系统随机稳定的充分条件，并求解线性矩阵不等式，以获得状态反馈控制器。本发明考虑了网络控制系统采样周期不稳定和丢包以及转移概率未知的情况，具有设计思路清晰、稳定性高、造作简单特点，可应用于工程实践当中。

技术领域

本发明涉及一种丢包及转移概率部分未知的变采样NCS控制器设计方法，属于网络控制器的技术领域。

背景技术

网络控制系统(NCS)是指执行器，传感器与控制器之间有网络连接，拥有完整的通信网络、远程式的控制系统的闭环控制系统。与传统的点对点直接控制系统相比，网络控制系统易于安装和维护，有效地提高系统的可靠性，减少系统体积、能耗和布线，因而被广泛应用于设备制造、工业生产、交通通讯、航空航天等控制领域，但同时NCS中也存在网络传输时延、数据包丢失等问题。如何合理地设计网络控制系统，克服时延、数据包丢失所带来的问题，从而确保整个系统的稳定性,这是网络控制系统的重要研究内容之一。

在网络控制系统中，网络作为信息传输的载体，承担着工业控制现场大量的数据和信息的传输，由于网络中信息流的变化是时变不确定的，系统进行动态资源分配时的采样周期通常也是时变不确定的，此时网络控制系统为一个变采样周期系统。另外计算机负载的变化、网络的影响、器件故障以及外部干扰等因素，都会导致系统采样周期发生变化，从而影响系统的稳定性与整体性。

在实际的通信网络中，网络时延和丢包是随机的，Markov链转移概率矩阵中的元素很难全部精确得到，或者需要付出很高的成本,一般情况下只能得到其估计值或部分概率。因此在网络控制系统中，基于Markov链转移概率矩阵中的元素部分未知甚至完全未知时的条件进行系统分析和设计则更具有实际意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供了一种丢包及转移概率部分未知的变采样NCS控制器设计方法，解决系统具有变采样周期、常时延、丢包及转移概率未知同时存在的问题，设计出具有设计思路清晰、稳定性高的状态反馈控制器。

本发明采用的技术方案如下：

丢包及转移概率部分未知的变采样NCS控制器设计方法，包括以下步骤：

1)构造控制系统的含不确定性的离散化模型；

2)设计状态反馈控制器；

3)构建具有数据包丢失的闭环网络控制系统的数学模型；

4)将所述步骤3)的数学模型建模成Markov跳变模型；

5)确定Markov跳变模型随机稳定的充分条件，并求解，获得状态反馈控制器。

前述的步骤1)中，控制系统的含不确定性的离散化模型构建如下：

11)被控对象采用如下形式描述：

其中，x(t)∈Rⁿ表示被控对象的状态，u(t)∈R^r表示控制输入，y(t)∈R^m表示控制输出，A,B,C是具有相应维数的常矩阵，t表示时间；

12)将时变采样周期分成为定常采样周期和网络诱导时延的和，即：

h_k＝h+τ_k，