具有短时延和丢包的网络控制系统鲁棒H∞控制

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2014.06.004

东北大学学报:自然科学版 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (6): 774-779.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2014.06.004

具有短时延和丢包的网络控制系统鲁棒H∞控制

李玮¹，王青¹，董朝阳²

(1 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191; 2 北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)

收稿日期:2013-06-01 修回日期:2013-06-01 出版日期:2014-06-15 发布日期:2014-04-11
通讯作者: 李玮
作者简介:李玮(1986-)，男，河北河间人，北京航空航天大学博士研究生;王青(1968-)，女，陕西西安人，北京航空航天大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61074027，60974014).

Robust H∞ Control of Networked Control Systems with Short Delays and Packet Dropouts

LI Wei¹， WANG Qing¹， DONG Chaoyang²

1 School of Automation Science and Electrical Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China; 2 School of Aeronautic Science and Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China.

Received:2013-06-01 Revised:2013-06-01 Online:2014-06-15 Published:2014-04-11
Contact: LI Wei
About author:-
Supported by:
-

摘要/Abstract

摘要： 研究了一类具有网络诱导时延和数据包丢失的不确定网络控制系统的鲁棒H∞控制问题.通过增广系统状态，将反馈通道和前向通道均存在短时延和丢包的网络控制系统建模为包含4个子系统的切换系统，基于增广系统模型提出新形式的静态输出反馈控制律.结合时窗丢包率概念与平均驻留时间方法，得到保证闭环网络控制系统鲁棒渐近稳定且满足鲁棒加权H∞性能指标的充分条件.基于线性矩阵不等式处理技巧与锥补线性化算法，给出双通道丢包依赖的变增益输出反馈鲁棒H∞控制器设计步骤.设计实例验证了所提控制方法的有效性.

关键词: 网络控制系统, 网络诱导时延, 数据包丢失, 切换系统, 鲁棒H∞控制

Abstract: The H∞ control problem was addressed for a class of networked control systems(NCSs)with networkinduced delays and packet dropouts. For the case that short delays and packet dropouts existed in both the backward and the forward channels， the NCS was modeled as a switched system with four subsystems via system states augmentation. A new type of static output feedback control law was proposed based on the augmented system model. By using the notion of timewindow packet dropout rate and the average dwell time method， sufficient conditions was obtained for the robust stability and the weighted H∞ performance of the closedloop NCS. To achieve synthesis of the output feedback robust H∞ controller， for which the gain varied according to the mode of packet dropouts of dual channels， design procedures were given by applying the linear matrix inequality technique and the cone complementarity linearization algorithm. The effectiveness of the proposed approach was validated by a design example.

Key words: networked control systems(NCSs), networkinduced delays, packet dropouts, switched systems, robust H∞ control

中图分类号:

TP273

李玮，王青，董朝阳. 具有短时延和丢包的网络控制系统鲁棒H∞控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(6): 774-779.

LI Wei， WANG Qing， DONG Chaoyang. Robust H∞ Control of Networked Control Systems with Short Delays and Packet Dropouts[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2014, 35(6): 774-779.

参考文献

[1] Hespanha J P，Naghshtabrizi P，Xu Y.A survey of recent results in networked control systems［J］.Proceedings of the IEEE，2007，95(1):138/162.
[2] 游科友，谢立华.网络控制系统的最新研究综述［J］.自动化学报，2013，39(2):101/118.(You Keyou，Xie Lihua.Survey of recent progress in networked control systems［J］.Acta Automatica Sinica，2013，39(2):101/118.)
[3] Liberzon D，Morse A S.Basic problems in stability and design of switched systems［J］.IEEE Control Systems Magazine，1999，19(5):59/70.
[4] Lin H，Antsaklis P J.Stability and stabilizability of switched linear systems:a survey of recent results［J］.IEEE Transactions on Automatic Control，2009，54(2):308/322.
[5] Yu J，Wang L，Yu M.Switched system approach to stabilization of networked control systems［J］.International Journal of Robust and Nonlinear Control，2011，21(17):1925/1946.
[6] Wang R，Liu G P，Wang W，et al.H∞ control for networked predictive control systems based on the switched Lyapunov function method［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2010，57(10):3565/3571.
[7] Zhang W A，Yu L.Output feedback stabilization of networked control systems with packet dropouts［J］.IEEE Transactions on Automatic Control，2007，52(9):1705/1710.
[8] Sun Y，Qin S.Stability of networked control systems with packet dropout:an average dwell time approach［J］.IET Control Theory and Applications，2011，5(1):47/53.
[9] Ploplys N J，Kawka P A，Alleyne A G.Closedloop control over wireless networks—developing a novel timing scheme for realtime control systems［J］.IEEE Control Systems Magazine，2004，24(3):58/71.
[10] Daafouz J，Riedinger P，Iung C.Stability analysis and control synthesis for switched systems:a switched Lyapunov function approach［J］.IEEE Transactions on Automatic Control，2002，47(11):1883/1887.

[1]	杨冬梅，王傲. 基于观测器的时滞T-S模糊广义切换系统的异步无源控制[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(11): 1521-1526.
[2]	赵廷磊，乔建忠，林树宽，王彦华. 一种适应性的动态负载平衡模型[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(6): 813-818.
[3]	杨冬梅，姚齐. 一类切换广义时滞系统的鲁棒指数镇定[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(7): 922-926.
[4]	连莲，高宪文，齐文海. 一般不确定转移速率下Markov切换系统的弹性控制器[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2017, 38(4): 457-461.
[5]	高宪文，杜津名，齐文海. 执行器饱和的随机Markov切换系统的观测器设计[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(1): 1-5.
[6]	刘茜，赵军. 带有状态约束的非线性切换系统的H_∞控制器设计[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2015, 36(3): 314-317.
[7]	邢伟，孙阳，戴良萃. 基于观测器的时延网络控制系统稳定性[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(4): 457-460.
[8]	李媛，张鹏飞，张庆灵. 丢包信息部分已知的变采样周期网络控制系统的H∞控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(3): 305-308.
[9]	杨冬梅，孟新全. 不确定时滞离散切换广义系统的鲁棒H∞控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(3): 309-313.
[10]	陈新伟，邬祥宇，赵军. 一种改进的线性网络控制系统的鲁棒稳定性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(2): 162-165.
[11]	刘丽丽，张庆灵，杜昭平. 切换广义被控对象网络控制系统状态反馈镇定[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(2): 158-161.
[12]	潘峰，刘禄，薛定宇. 最优分数阶PIλDμ网络时延控制器[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(10): 1382-1385.
[13]	王天宝，吴成东，王玉龙，张云洲. 基于多包传输的网络控制系统控制器设计[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2013, 34(2): 157-161.
[14]	王天宝;吴成东;张云洲;纪鹏;. 具有丢包和非均匀分布时延的网络控制器设计[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2012, 33(8): 1084-1087+1092.
[15]	邢伟;林燕瑜;李宁;. 具有不确定时延切换广义网络系统稳定性分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2012, 33(7): 922-925.

具有短时延和丢包的网络控制系统鲁棒H∞控制

Robust H∞ Control of Networked Control Systems with Short Delays and Packet Dropouts

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价