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基于状态多时延模型的NCS鲁棒H_∞容错控制
一.引言
近年来，随着新一代网络技术的快速发展，网络控制系统(NCS)已成为一个研究热点。NCS是指将传统的实时控制系统与通信网络相结合，实现控制业务的实时传输和控制过程的协调控制。与传统控制系统相比，NCS具有实时性、安全性、可靠性和高效性等优点，因此在引入各种传感器设备、控制器和执行器等的环境下，NCS已经成为一种强大的建模技术，以实现控制系统的高效功能。
在这个背景下，本文将关注NCS的鲁棒H_∞容错控制技术。本文将首先讨论直接将状态模型用于网络系统建模的问题，然后考虑多播网络模型，解决多跳时延，不稳定宽带方式和信道随机性等问题。最后，我们将介绍NCSH_∞容错控制的设计和分析。
二.状态多时延模型的网络控制系统建模
状态多时延模型是一种描述控制系统动态行为的数学模型，其中状态表示系统在某一时刻的状态，时延代表输入和输出之间的时间间隔。NCS的状态多时延建模难度较高，因为传输时延对系统动态行为的影响可以很大。
NCS控制系统的状态方程可以表示为：
X（t+L）=Ax(t)+Bu(t−τ)+Fw(t)
Y(t)=CX(t)+v(t)
其中X是状态向量，L是采样时间，A和B是状态转移和输入矩阵，τ是时延，F是矩阵，w(t)是过程噪声，Y是输出向量，C是输出矩阵，V(t)是观测噪声。
本模型根据状态向量X，输入向量U和噪声向量W计算控制信号U，在输出向量Y中监测状态向量X。此外，本模型还考虑了观测噪声V对系统的影响。但是，时延对NCS的影响需要进一步探讨。
三.延迟多次广播网络模型
在广播网络模型中，信号通过多跳方法传递。在NCS中，时延的存在使广播通信有重要作用。但是，广播网络的多条路径会严重影响控制系统的稳定性和性能。此外，网络的不稳定性和带宽限制更加削弱多条路径的网络。
为了解决这些问题，需要引入多播网络模型。多播网络模型是一种不确定性和随机性较小的通信方式，它可以减少网络带宽的占用和延迟。多播网络将多条通信路径整合成一条通信路径，提高了网络的可靠性和稳定性。
四.NCSH_∞容错控制器设计和分析
为了防止不可预见的噪声和时延对控制系统的影响，在较差的网络条件下，需要使用容错控制技术。容错控制器可以在多种情况下提供鲁棒稳定性和性能指标。
H_∞容错控制器是一种鲁棒控制器，对不确定性和噪声鲁棒。H_∞控制理论将控制动态和符合统计要求的性能指标相结合，并在稳态性能要求和控制误差的上界之间建立了联系。通过引入线性矩阵不等式(LMI)，可以设计鲁棒H_∞容错控制器，在给定的噪声和时延条件下提供系统的鲁棒稳定性和性能指标。
五.结论
本文介绍了NCS的鲁棒H_∞容错控制技术。我们讨论了NCS的状态多时延建模和多次广播网络建模，解决了多路径广播和带宽限制的问题，并阐述了NCS的H_∞容错控制器设计和分析。此外，本文还讨论了鲁棒性和统计性能指标的联系，提高了控制系统的可靠性和鲁棒性。
NCSH_∞容错控制是一个解决实用问题的有效方法，并在工业自动化，复杂控制系统等领域得到了广泛应用。未来，如何提高容错控制器的效率和设计成本，提高网络控制系统的实时性，是研究的主要方向。