第
23
卷第
11
期
Vo
l.
23
No.11
控制与决策
Nov. 2008
2008
年
11
月
Control
and
Decision
文章编号:
1001-0920(2008)11-1311-04
一类网络控制系统的稳定性分析
王志文潘纬郭戈
2
(1.兰州理工大学电气与信息工程学院,兰州
730050;
2.
大连海事大学自动化学院,辽宁大连
116026)
摘
要
2
针对网络控制系统中普遍存在的信息量化问题,采用基于模型的控制策略,研究了一类网络控制系统的稳
定性.在考虑均匀量化的影响下,对于不同的初始量化误差,分别讨论了系统的稳定性,并给出了保证系统全局指数
稳定的充分必要条件以及系统的稳定域范围.仿真结果验证了所得结论的正确性.
关键词:网络控制系统;稳定性;量化;稳定域
中图分类号:
TP273
文献标识码
A
Stability analysis
of
a
c1
ass
of
networked control systems
WANG
Zhi-
ω
en
1
,
PAN
Wei
1
,
GUOGe
2
(1.
College of Electrical and
Information
Engineering
, Lanzhou
University
of
Technology
, Lanzhou 730050 ,
China;
2.
Automation
Research
Center
, Dalian
Maritime
University
, Dalian 116026 , China.
Correspondent:
WANG
Zhi-
wen
, E-mail:
wwwangzhiwen@163.com)
Abstract:
The
stability
of a class
of
networked
control
systems
is considered
by
adopting
model-based control
strategy
in view
of
the
quantization effect which
exists
generally in
networked
setting.
Necessary
and
sufficient conditions
for
system
to be globally exponentially stable
and
the
stable
regions
of
the
system
are
presented
under
different initial
quantization
errors.
Simulation examples
results
show
the
correction of
the
conclusion.
Key words:
Networked
control
systems;
Stability;
Quantization;
Stable
region
1
~I
午一日
随着计算机技术和通信技术的飞速发展,控制
系统的规模越来越庞大,分散化程度越来越高,传统
的点对点控制已经无法满足复杂工程系统对控制系
统结构的要求,进而促进了网络化控制系统的发展.
通过网络形成闭环的控制系统称为网络控制系统
CNCS)[HJ.
由于网络本身所具有的特性,网络的引
人同时会给控制系统分析和综合带来很多新问题,
如网络带宽资源的有限性,网络中信息传输的速率
与传输中的延迟,信息的量化,分布式的控制方式
等.因此,网络化控制系统的分析与综合不同于传统
的控制系统,必须综合考虑控制与通讯的捐合[叫.
大量文献已经讨论了网络带宽对控制系统性能
的影响以及在网络通讯限制下
NCS
的调度和控制
问题.
Montestruq
町等
[10-12J
研究了网络存在于传感
器和控制器之间的
NCS
的控制问题,提出基于模型
的网络控制系统结构
CMB-NCS).
其核心思想是利
用一个近似于被控对象动态系统的模型重新构造被
控对象的状态,在保证系统稳定的前提下,尽可能少
用网络传输数据,从而减少了网络的利用率,同时给
出了保证系统全局指数稳定的最大通讯间隔.在此
基础上,文献[l3,
14J
提出了改进的基于模型的控制
方法,并给出
NCS
全局指数稳定的充分必要条件.
文献
[15
,
16J
研究了基于模型的网络化输入多采样
率控制系统的稳定性.
在上述基于模型的网络控制系统研究中,都没
有考虑网络中的信息量化问题.事实上,网络控制系
统是通过网络形成闭环的实时反馈控制系统,由于
信息通过网络进行传输,不可避免地引入了信息的
量化.因此,本文采用基于模型的控制策略,考虑了
通讯通道中的量化因素,研究了基于模型的量化状
态反馈网络控制系统的稳定性.
2
问题的描述
考虑如图
1
所示的网络控制系统.
收稿日期:
2007-07-23;
修回日期:
2007-12-10.
基金项目:新世纪优秀人才支持计划项目
(NCET-04-0982)
;国家自然科学基金项目
(60504017);
兰州理工大学特
色学术梯队项目
(0915).
作者简介:王志文(1
976-)
,男,甘肃民勤人,讲师,博士生,从事网络控制系统的研究;郭戈(1
972
一)
,男,甘肃庄
浪人,教授,博士生导师,从事网络化控制系统分析、移动机器人等研究.