网络控制系统分析与控制 pdf下载

大学数学系学生、研究生、教师和有关的科学工作者

　　《网络控制系统分析与控制》阐述了网络控制系统存在的问题、研究现状与发展趋势；深入研究了网络控制系统中时延、数据包丢失产生的原因；建立了针对不同控制目标的网络控制系统模型：深入研究了系统的鲁棒控制、保性能控制和H∞控制方法；针对同时存在时延和数据包丢失的情况，建立了状态反馈和动态输出反馈网络控制系统的统一模型，研究了系统的指数稳定性和稳定条件；深入研究了被控对象为奇异系统的网络控制系统的建模、稳定性分析与控制方法；进一步展望了网络控制系统尚待研究的问题。
　　《网络控制系统分析与控制》主要适合高等院校与科研院所从事网络控制研究的教师、科研人员、硕士与博士研究生等阅读参考。同时可作为高等院校控制理论与控制工程、系统工程、检测与自动化、通信工程、信息与计算科学、运筹学与控制论、计算机应用技术等相关专业的高年级本科生、硕士和博士研究生的专业参考书。

　　随着网络通信技术和计算机技术的高速发展，网络控制系统（networked control system，NCS）应运而生。NCS以其资源共享、分布控制、智能维护等特点，充分体现了控制系统网络化、集成化、分布化及节点智能化的发展趋势，当今，在发达国家尽管基于网络的控制系统的应用领域不断扩大，技术水平取得显著进展，但网络控制系统的技术体系和理论基础还没有形成。在我国，研究网络化控制系统的控制理论和技术体系，既是关系到国家经济命脉和国防安全的战略性需求，也是提升国家工业基础水平、综合实力和自主创新能力的重要举措，深入、系统地研究网络控制系统中的科学问题，有助于建立网络控制系统的控制理论与控制方法，推进控制与通信的一体化设计进程，形成集通信理论、计算机科学和控制科学于一体的综合学科体系。
　　目前，国内许多高等学校、科研院所，在网络控制领域的研究已取得丰硕的研究成果，研究领域包括连续域、离散域和连续。离散混合域；研究对象包括线性系统、非线性系统和广义系统等；研究问题围绕QoS、QoP或兼顾QoS和QoP的控制与调度等综合问题；研究内容包括控制网络体系构架、各种数据传输技术、NCS建模、稳定性分析与控制器设计、鲁棒控制、观测器设计、时延补偿控制、数据包丢失控制、应用层信息调度方法等。但仍有下面的问题有待于进一步深入、系统地研究。
　　1）广义网络控制系统的复杂性分析与控制
　　广义系统模型存在于大量的实际控制系统中，广义系统涵盖正常系统，并且具有许多正常系统所没有的特性，如脉冲特性、无因果性等。被控对象为广义系统的NCS的控制理论与控制方法将变得更加复杂。这种系统中包含着广义系统和网络控制系统的双重特性，广义系统的脉冲行为和网络控制系统的时延、丢包和扰动等不确定性因素的相互渗透和耦合，如何消除脉冲行为、克服时延和丢包对系统性能的影响，使系统的控制性能达到预期目标，将是一极大的挑战。研究广义被控对象的NCS的控制理论与控制方法，对于丰富和完善系统化的控制理论体系具有重要的科学意义和潜在的应用价值。
　　2）具有时变传输周期的NCS研究
　　大多数文献中传感器的采样周期是常数，然而在网络控制系统中，计算机负载的变化、网络的影响以及器件故障等因素会导致采样周期在某个理想周期左右波动，另外，外部干扰也会导致系统状态产生波动。因此，如何合理地设计控制器，使得当出现外部干扰以及采样周期波动时系统仍保持良好的性能具有十分重要的意义。
　　3）多采样率NCS的研究
　　4）具有时变、随机丢包率的NCS的研究
　　5）基于网络的调度与控制的协调设计问题的研究
　　6）实时信息调度方法的研究
　　7）NCS的容错控制与故障诊断方法的研究
　　8）NCS仿真实验平台的研究
　　网络控制系统既是一种优势强大、性能卓越、运行高效、维护方便的控制系统，同时也是涉及多门学科、跨跃多个研究领域、凝聚多种技术手段、采用多种研究方法的复杂系统。网络控制系统的研究将直接带动相关学科的交叉融合，形成集通信理论、计算机科学和控制科学于一体的综合学科体系。
　　本书的内容，主要基于作者在东北大学攻读博士学位期间的博士课题研究成果，并增添了2006、2007年两年陆续发表的学术论文。本书系统地阐述了基于网络的控制系统存在的问题、考虑各种复杂因素的系统的建模、稳定性分析、H∞控制、观测器设计等方法，全书共分7章，其中，第1章简要介绍NCS中基本概念、术语和存在的主要问题、研究方法、研究现状以及本书的主要研究成果。第2章介绍控制网络的含义及其分类、典型控制网络的通信方式、特性和性能指标、NCS中时延产生的原因、不同控制网络的时延特性及时延对系统性能的影响。第3章针对传感器时钟驱动、控制器和执行器事件驱动的动态输出反馈系统，研究了不确定时延不超过一个采样周期的NCS建模、稳定性分析、对于扰动的H∞控制等问题以及对于不确定时延的H∞状态观测器设计方法和基于状态观测器的NCS鲁棒镇定等相关问题，第4章研究具有控制输入约束的NCS建模和稳定性问题。第5章研究同时具有时延和数据包丢失的NCS建模和稳定性问题，建立了状态反馈和动态输出反馈NCS的数学模型，给出了系统的稳定性条件、系统稳定性与数据包丢失率上界的关系以及系统结构的关系等。第6章基于广义被控对象，考虑不同时延特性、数据包丢失等情况，研究了NCS的建模和稳定性等问题。第7章基于Matlab/Simlink平台，利用TrueTime实时仿真工具，探索网络通信模式、信息调度方法、数据通信率、数据包丢失率、网络诱导时延、网络负载扰动等因素对系统稳定性的影响。
　　本书主要读者对象为高等院校与科研院所从事网络控制系统研究的教师、科研人员、博士与硕士研究生等。本书可同时可作为高等院校控制理论与控制工程、计算机应用技术、自动化、系统工程、机械工程与自动化、信息与计算科学、运筹学与控制论等相关专业的高年级本科生、博士和硕士研究生的专业参考书。