非线性网络控制系统的分析与设计

非线性网络控制系统的分析与设计
文章针对具有未知输入和不确定扰动信号的非线性系统，研究一类以观测器为基础的量化网络化系统故障检测问题。

首先，引入时变量化器，对输出信号采用离散量化处理。

模拟工业中真是的非线性系统，针对基础的原系统建立故障检测滤波器，最后，通过原系统与观测器的比较，搭建故障检测滤波器误差系统。

最后，给出Matlab仿真实例，验证文中方法的有效性。

标签：故障检测滤波器；网络化系统；量化器NCS
前言
NCSs是集自动控制技术、计算机技术和通信技术发展于一体，目前被越来越多的应用于复杂的远程控制系统中，从而实现对终端的远程控制，改变了传统的控制模式。

关于非线性的NCSs的建模和设计要复杂很多，无论是在数学模型的建立，还是工业控制方面的设计，相关的非线性的研究并不是很成熟。

文章的设计方法将推广到非线性网络控制系统，设计关于非线性的模型，利用对数量化器联合分析。

并最终MATLAB的仿真来判断文章的NCSs模型的稳定性。

1 离散对数量化器
信息在被传输过程中，要经过量化、分割，变为离散信号，才能适用与非线性模型中。

这里，首先要将输出信号进行量化，量化分段函数如式（1）：
文章中采用静态对数量化器，设计如下量化标准：
其中，？字是量化密度，u0是初始向量。

每一部分分段函数对应着不同的量化条件，最终应用到整个分段函数达到全部的量化标准。

对数量化器定义如式（2）：
2 系统描述
非线性被控对象描述为：
（3）
其中，A、B1、B2、C、N1为具有适当维数的已知实常数矩阵，
为状态向量，为输出向量，为L2范数有界的不确定扰动信号向量，为要检测的故障信号向量，g（x（k））为已知的非线性向量函数且满足g（0）=0
和全局Lipschitz条件：
其中，G是已知的实常数矩阵。

文章研究如式（5）的基于观測器的非线性NCSs的故障检测滤波器：
（5）
其中，为输入估计向量，是输出估计向量，
是残差信号。

L为观测器的增益矩阵，V为残差的加权矩阵。

令由式（3）、（5）、（2）整理得到如下方程式（6）：
（6）
设增广向量、、、
，又综合（5）和（6），可以得出如下非线性NCSs系统：
（7）
其中，
3 Matlab仿真应用
假设，非线性离散系统（3）的各个系数矩阵如下：
设计时变量化器的参数？滋0=3，？字=0.6，通过仿真得到：。

若给定？酌=1.2，可得出故障检测滤波器的系数
如下：
编写MATLAB程序时，k=0，1，2，3…300，非线性函数选择为：
g（x（k））=0.5×sin（x（k）），故障信号，外界干扰
信号d（k）是服从概率不大于0.05的高斯白噪声分布。

程序运行之后，可得出结果见图1：
通过图1能够得出，工业生产过程中，若发生机械故障，所涉及的系统立刻被检测到，从而产生报警，减少损失。

因此文章方法所设计的设计方法适用于非线性的NCSs模型。

4 结束语
文章研究了实际工业生产中，由于外界的干扰和影响产生的非线性问题，通过建立数据模型，进行理论分析，最后通过Matlab仿真演示，验证了文章方法的有效性。

从而证明了文章研究的意义，可以应用于大规模的工业生产中，实现故障的检测和监控，减少损失。

同时可以为与高新技术产品的研究提供一定的理论指导。

参考文献
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