時(shí)滯系統(tǒng)方法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

王天寶 盛夏

摘要：為減少網(wǎng)絡(luò)帶寬資源浪費(fèi)，提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)運(yùn)行性能，提出一種基于新型事件觸發(fā)方案的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)方法。首先通過研究網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的影響，利用時(shí)滯系統(tǒng)方法建立分析延遲系統(tǒng)模型;然后基于該模型，利用Lyapunov泛函、改進(jìn)的Jensen不等式及Newton-Leibniz公式，導(dǎo)出系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)并用線性矩陣不等式表示;最后用一個(gè)數(shù)值例子進(jìn)行Matlab仿真，驗(yàn)證該方法有效性。仿真實(shí)例表明，該事件觸發(fā)方案平均發(fā)布周期比現(xiàn)有方案長，可減輕網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載。

關(guān)鍵詞：事件觸發(fā)機(jī)制;時(shí)變時(shí)延;Lyapunov泛函;線性矩陣不等式

DOI：10.11907/ejdk.182906開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-7800（2019）010-0169-04

0引言

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCSs）是通過網(wǎng)絡(luò)連接被控對象、傳感器、控制器與執(zhí)行器形成的閉環(huán)系統(tǒng)。NCSs具有避免敷設(shè)專線、可實(shí)現(xiàn)資源共享等優(yōu)點(diǎn)。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的局限，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸中存在時(shí)延、丟包以及時(shí)序錯(cuò)亂等問題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能惡化和不穩(wěn)定。因此基于事件觸發(fā)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究廣受關(guān)注。

文獻(xiàn)研究了如何降低網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對通信的需求，在此基礎(chǔ)上獲得了最大允許時(shí)間間隔以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，然而，該方法會(huì)導(dǎo)致固有周期性傳輸;文獻(xiàn)提出僅當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)超過閾值時(shí)才使用驅(qū)動(dòng)的事件觸發(fā)控制方式;從文獻(xiàn)可以看出，構(gòu)建的事件觸發(fā)方案依賴于對系統(tǒng)狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控，以檢測當(dāng)前狀態(tài)是否超過觸發(fā)閾值。要實(shí)現(xiàn)該類事件觸發(fā)方案，需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造，但可能使事件觸發(fā)方案更加復(fù)雜。

已有研究大多基于周期觸發(fā)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。本文研究對象為具有時(shí)滯的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其事件觸發(fā)器位于采樣器和控制器之間，可用于確定是否應(yīng)該將新采樣的狀態(tài)發(fā)送到控制器。與文獻(xiàn)中的情況不同，該事件觸發(fā)器的實(shí)現(xiàn)只需在離散瞬間對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。因此，本文事件觸發(fā)方案比已有文獻(xiàn)的方案更容易實(shí)現(xiàn)。本文事件觸發(fā)方案首先提出用于系統(tǒng)分析的新模型，該模型考慮了網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的影響和事件觸發(fā)方案性質(zhì)，基于此，再導(dǎo)出系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)并用線性矩陣不等式的形式表示。該方法可保證采樣器端只發(fā)送真正必要的信號至控制器端，減少采樣器釋放時(shí)間，進(jìn)而減輕網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載。

1系統(tǒng)描述與事件觸發(fā)器

4結(jié)語

本文提出了一種降低網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載的事件觸發(fā)方案，該方案用于確定傳感器采樣信號的傳輸時(shí)間，并隨之提出一種具有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)事件觸發(fā)控制設(shè)計(jì)方法。利用時(shí)延系統(tǒng)模型描述了傳輸時(shí)延對系統(tǒng)的影響，再導(dǎo)出系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)并用線性矩陣不等式的形式表示。仿真實(shí)例表明，本文事件觸發(fā)方案平均發(fā)布周期比現(xiàn)有方案更長，可減輕網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載。