基于隨機(jī)切換的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析與控制.pdf

1、信息通過共享網(wǎng)絡(luò)交換的反饋控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked ControlSystems,簡稱NCSs）。這種網(wǎng)絡(luò)化的控制模式具有成本低、連接線數(shù)少、易于擴(kuò)展維護(hù)、高效和信息資源共享等諸多優(yōu)點，使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已在工業(yè)自動化、智能交通、機(jī)器人、航空航天、國防等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，把網(wǎng)絡(luò)的引入傳統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)，也不可避免地把網(wǎng)絡(luò)本身存在的問題帶入控制系統(tǒng)中：如有限的通信帶寬、網(wǎng)絡(luò)傳輸時滯、數(shù)據(jù)丟包、多包傳輸、時鐘異步

2、等等。這些問題的存在，造成控制系統(tǒng)的控制指令往往不能夠及時執(zhí)行，其結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)性能變差，嚴(yán)重的甚至?xí)斐上到y(tǒng)不穩(wěn)定。以上問題在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中不存在或是可以忽略不計，因此基于傳統(tǒng)的控制理論給出的控制設(shè)計和分析難以直接應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，迫切需要針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點發(fā)展系統(tǒng)分析與控制設(shè)計的新思想、新概念、新方法，研究開發(fā)適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的控制策略。所以，對NCSs的分析與綜合是當(dāng)前控制理論研究的重要內(nèi)容，也是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點問題之一

3、。
　　 本文從控制理論及算法的角度出發(fā)，圍繞NCSs中存在的一些基本問題：網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時滯、丟包和數(shù)據(jù)無序傳輸?shù)龋脮r滯系統(tǒng)理論、線性跳變系統(tǒng)理論、Lyapunov穩(wěn)定性理論及線性矩陣不等式(LMIs)方法、V-K迭代算法、自由權(quán)矩陣方法和貪婪算法等方法對NCSs的建模、穩(wěn)定性、容錯和控制進(jìn)行了相關(guān)研究，并得到針對這些基本問題的一些研究結(jié)果。
　　 針對網(wǎng)絡(luò)時滯問題建立了時變時滯NCSs的模型（包括確定系統(tǒng)和不確定系統(tǒng)）

4、，然后利用時滯系統(tǒng)理論、錐補(bǔ)線性化方法和自由權(quán)矩陣方法研究了NCSs的穩(wěn)定性和鎮(zhèn)定性問題，并基于LMIs形式給出具有較小保守性的時滯相關(guān)穩(wěn)定和鎮(zhèn)定條件。
　　 基于離散時間馬爾可夫跳變線性系統(tǒng)理論，研究了在網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)時滯、丟包和數(shù)據(jù)包無序傳輸隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化而改變的情況下，系統(tǒng)穩(wěn)定性與控制器設(shè)計問題。
　　 提出一種能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化而自動調(diào)節(jié)的智能隨機(jī)切換控制器，使得系統(tǒng)在可鎮(zhèn)定范圍大大增加的同時具有較好的動態(tài)性能。

5、提出一種新的依概率切換的隨機(jī)切換模型用于研究網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器隨機(jī)故障問題。利用V-k迭代算法，設(shè)計出能夠在網(wǎng)絡(luò)中多種隨機(jī)因素干擾下誘發(fā)執(zhí)行器隨機(jī)故障時，保持網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)均方穩(wěn)定的模式依賴和模式獨立容錯控制器，并計算出系統(tǒng)對執(zhí)行器隨機(jī)故障的最大冗余度。
　　 針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的多率本質(zhì)，提出一種新的多率方法用于鎮(zhèn)定同時具有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時滯、丟包和數(shù)據(jù)包無序傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該方法可以建立一個統(tǒng)一的模型用于解決網(wǎng)絡(luò)短時滯和長時滯

6、的鎮(zhèn)定性問題，并在轉(zhuǎn)移概率矩陣已知的條件下給出系統(tǒng)均方穩(wěn)定的充分條件。隨后通過仿真實例說明在同等條件下，多率控制器比單率控制器具有更強(qiáng)的魯棒性。
　　 基于Internet 測試和分析得到的數(shù)據(jù)，把網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的一般性方法與具體的Internet特點相結(jié)合，設(shè)計出一種能夠同時處理網(wǎng)絡(luò)時滯的時變部分小于一個采樣周期或大于一個采樣周期且有界的一致方法。最后通過仿真比較，說明相對于一般的控制器，采用該方法設(shè)計的控制器具有較強(qiáng)的魯棒性和

7、較好的控制效果。
　　 充分考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多檢測信號傳輸，且各信號時滯變化規(guī)律不同的特性，建立能夠較準(zhǔn)確描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型，并提出一種準(zhǔn)確性與實時性兼顧的時滯相關(guān)加權(quán)均值法構(gòu)建靜態(tài)輸出控制器，然后利用跳變線性系統(tǒng)理論研究了系統(tǒng)的均方穩(wěn)定性和均方可鎮(zhèn)定問題。最后通過仿真實例說明了基于加權(quán)均值融合技術(shù)設(shè)計的靜態(tài)輸出控制器的有效性。
　　 最后對全文進(jìn)行了總結(jié)，并對今后NCSs 進(jìn)一步的研究和發(fā)展方