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摘 要

此文章主要研究网络控制系统随机丢包的问题，网络控制是目前研究的热门，而伴随着信息的网络化也带来了各种各样的挑战，本文首先介绍了网络控制系统的发展概况以及网络控制系统的概念，还有网络控制系统所面临的主要问题。

首先,此文章研究了网络控制系统的基本问题和建模问题。建了长时延和短时延的系统的模型,以及在数据包丢失情况下的模型建立和稳定性的分析。其次,又研究了网络控制系统中的数据包随机丢包的稳定性问题。总结出了短时延和长时延系统中存在数据包随机丢包情况下的随机系统稳定的条件和丢包边界的确定方法。稳定性和数据包随机丢包边界的研究为控制器的设计奠定了基础。

同时，本文章研究了系统的相关的问题和系统的建模，考虑到随机系统中随机丢包和控制器等因素建立一个数学模型，基于现代控制理论，采用Lyapunov稳定性分析方法，结合凸优化技术，实现系统的稳定性分析与控制器综合，最后用Matlab进行仿真验证 。

关键词： 网络控制系统 随机时延丢包 稳定性 系统建模

Random packet loss research network control system

Abstract

This article mainly studies the problem of network control system random packet loss, network control is the hot research. And with the information network has brought a variety of challenges. This article is devoted to the development of network control system, the concept of network control system, and the main problems of network control system. 

First of all, it studies the basic issues and modeling of networked control systems. The model of single packet transmission and multiple packet transmission is established, and the handoff model and random model are also established in the case of packet loss. Secondly, the stability problem of data packet dropout and packet loss boundary of NCS is studied. Given a method that determinates a single input single output and multi input multi output network control system in the presence of packet dropout are sufficient conditions for the stochastic stability of the boundary of packet loss. The design is based on stability and data packet loss boundary. The validity of the stability criterion is verified by numerical simulation.

 This article studies the problems of the system and the modeling of it. Considering the random packet loss and the controller in the random system, a mathematical model is established. Based on the modern control theory, the Lyapunov stability analysis method and the controller synthesis of the system are used to realized the stability analysis of the system and convex optimization tech nology. Finally, the simulation is carried out with Matlab.

keywords: Network control system Random time delay packet loss stability 

System modeling

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2网络控制系统的概念 2

1.3网络控制系统的特点及要求 3

1.3网络控制系统存在的主要问题 4

1.3.1网络时延 4

1.3.2单包传输和多包传输 4

1.3.3数据包时序的错乱 5

1.3.4数据包的随机丢失 5

1.3.5系统稳定性问题 6

1.4研究意义与方向 6

1.4.1研究意义 6

1.4.2研究方向 7

第二章 短时延随机丢包系统的建模 9

2.1短时延单包传输的丢包网络控制系统的建模 9

2.2短时延多包传输的丢包网络控制系统的建模 11

2.3短时延单包传输的丢包网络控制系统稳定性分析 13

2.4短时延多包传输的丢包网络控制系统稳定性分析 14

第三章 长时延随机丢包系统的控制 16

3.1长时延单包传输的丢包网络控制系统建模 16

3.2长时延单包传输的丢包网络控制系统稳定性分析 17

第四章 算例仿真 19

4.1短时延单包传输的丢包网络控制系统 19

4.2长时延单包传输的丢包网络控制系统 19

4.3短时延多包传输的丢包网络控制系统 20

第五章 总结与展望 21

5.1总结 21

5.2展望 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1引言

人类社会是不断朝着前方前进的，然而促使发展最大的动力是人类无限的创造力，自然在被我们不断利用自己的能力在改造着，同时人类被自然改变着社会和我们的思考方式。因为我们在发展过程中不断的创新和摸索，尤其是科学技术的不断发展壮大，这样的改变的速度才变得越来越快。然而随着现在科技的进步，新的各项技术也在不断地涌现，网络控制系统是伴在电脑、通信、和控制技术的基础上发展壮大起来的，是控制系统发展的新方向，。网络控制系统的结构图如下面所示。、驱动装置、执行机构、传感器等现代化的智能网络控制在更深入的控制系统中提供了所需要的物质基础，另外网络通信的控制和管理采用了控制理论的技术来研究，然而现场总线控制技术和高速以太网技术的发展也被用来解决了网络控制系统所遇到的各种问题，所以这些都让网络控制系统的发展变得更加现实化。在使用计算机网络代替控制系统的控制时，实现执行器、控制器、传感器等系统元件之间的信息的相互传递。在这种的控制系统中，协调、检测、指令、检测和控制等各种各样信息都可通过网络进行传输，而其他不同的功能也可以在不同的网络节点中执行。网络控制系统现在正广泛应用在我们的生产和生活当中，比如汽车制造工业、交通管制类与控制、机器人远距离的操作、航空航天航空器和电气化运输工具等等各种各样的方式。

1. 图 1 网络控制系统典型结构图

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