摘要
网络控制系统作为控制领域的一个热点问题，随着网络技术和控制理论的创新和发展，在众多工业领域得到了广泛的应用。但由于网络信道的引入，其物理局限性会给网络控制系统的控制性能带来负面影响，比如由带宽限制、网络阻塞、外部干扰信号等因素引起的数据丢包、网络时滞、信道衰减等现象。另一方面，网络通讯过程中所采用的各类通信协议同样也会对控制系统的性能和稳定性产生重要影响。因此，通过设计合适的最优控制策略，可以最大限度地提高系统性能并确保系统稳定性。这对于提高现代工业自动化系统的控制效率和精度，具有重要意义。 本文系统地研究了几类具有受限信道的网络化控制系统的最优控制与镇定问题。针对由于丢包信道带来的非对称信息控制、受多并行Markov丢包信道影响和基于通信协议进行调度的三种情况下的网络控制系统的最优控制与镇定问题，运用了随机极大值原理、Riccati方程、正倒向随机差分方程等方法和工具，设计了状态反馈控制、输出反馈控制算法。主要内容如下: 研究具有丢包信道的非对称信息系统的最优控制和镇定问题。分别研究了带有无记忆丢包信道的网络系统，以及具有多并行擦除信道的非对称信息跳变参数系统的最优控制与镇定问题。针对这两类离散时间系统，提出了相应的随机极大值原理，并给出了正倒向随机差分方程组。通过耦合差分Riccati方程和代数Riccati方程组，解决了这些系统的有限时域最优控制和无限时域镇定性问题。 研究具有多并行Markov丢包信道的网络控制系统的最优控制和镇定问题。分别针对控制器到执行器之间存在丢包，以及控制器到执行器与传感器到估值器之间双边同时存在丢包的两类系统，实现了相应的最优状态反馈控制和输出反馈控制设计。通过引入新型的映射关系，处理多并行Markov丢包信道问题，将丢包系统转换为Markov跳变线性系统进行分析。进一步解耦求解正倒向Markov型差分方程组，给出状态反馈控制器设计和镇定性分析。对于双边多并行Markov丢包信道系统，建立一组正向Riccati方程来设计最优滤波器，给出最优输出反馈控制的设计方法，验证了分离原理成立。 研究基于通信协议的网络控制系统的最优控制问题。分别针对受到Round-Robin协议调度和随机通信协议调度的控制系统，设计了二次最优控制。通过模型转换和Markov链重构，将其转换为Markov跳变线性系统，并建立了相应的极大值原理和正倒向随机差分方程。基于耦合差分Riccati方程，得出了两种情况下最优控制问题的解存在的充分必要条件，并得到了最优控制的解析表达式。
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