多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模、控制與調(diào)度初探.pdf

1、自上世紀90年代以來，隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及控制理論的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)以及在網(wǎng)絡(luò)平臺上構(gòu)筑而成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已成為自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點。它不僅在實踐上為解決遠程實時控制中已經(jīng)遇到或?qū)⒁龅降闹T多技術(shù)難題帶來新的解決思路和方法，而且在理論上將促進自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等多學科的相互滲透和交叉發(fā)展。因此，進行網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究對我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事與民用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建設(shè)具有十分重要的理論和應(yīng)用價值。

2、 本文主要針對工業(yè)過程中日益廣泛的多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)所特有的建模和控制難度大、調(diào)度復雜的問題，進行了系統(tǒng)的理論分析和實驗研究，構(gòu)建出該類網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)連續(xù)、離散以及多采樣時間模型；并采用時滯系統(tǒng)理論、線性矩陣不等式和自由權(quán)矩陣方法，得到系統(tǒng)存在諸多不確定性條件下保守性低的穩(wěn)定性和魯棒性條件，設(shè)計出一種新穎的自適應(yīng)灰色預(yù)測動態(tài)反饋調(diào)度器和多種先進的魯棒H∞控制器、魯棒容錯控制器以及非線性網(wǎng)絡(luò)迭代學習跟蹤控制器；最后，基于所得到的理論研究結(jié)

3、果，以雙并聯(lián)倒立擺控制系統(tǒng)為對象，開發(fā)出一套基于局域網(wǎng)的多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實驗平臺。其主要研究成果概括如下： 1.建立了多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的模型：首先對多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進行了詳細地分析，得出一個具有多時延函數(shù)微分方程的連續(xù)時間模型；并依據(jù)離散系統(tǒng)理論，推導了傳感器、控制器為時間驅(qū)動，執(zhí)行器為事件驅(qū)動條件下的多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的離散時間模型：最后，利用提升技術(shù)推導出一類多采樣周期的多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)增廣狀態(tài)空間模型，為多采樣網(wǎng)

4、絡(luò)控制系統(tǒng)的研究提供了基礎(chǔ)。 2.研究了多包、單包傳輸情況下多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性：充分考慮系統(tǒng)各狀態(tài)之間的相關(guān)性以及系統(tǒng)參數(shù)的不確定，構(gòu)造新的增廣Lyapunov-Krasovskii函數(shù)，并采用線性矩陣不等式和自由權(quán)矩陣的方法對多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時滯獨立和時滯依賴穩(wěn)定性進行分析，從理論上推導出更加寬松的穩(wěn)定性和魯棒性定理。仿真實驗驗證了所提定理的有效性。 3.設(shè)計了多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒控制器和自適應(yīng)灰

5、色預(yù)測控制器：采用自由權(quán)矩陣方法，推導出更為簡單、寬松的線性矩陣不等式形式的魯棒性能指標的充分條件，設(shè)計了魯棒H∞控制器以及執(zhí)行器失效情況下的魯棒容錯控制器；在此基礎(chǔ)上引入預(yù)測思想，利用新陳代謝原理建立等維新息GM(1，1)模型，提出了一種自適應(yīng)灰色預(yù)測網(wǎng)絡(luò)控制策略，以有效減小網(wǎng)絡(luò)不確定性所帶來的影響。 4.研究了非線性多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和迭代學習跟蹤控制策略：針對一類通用不確定非線性多變量被控對象，采用時滯理論和線性矩陣

6、不等式方法，推導該類系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制環(huán)境下的漸近穩(wěn)定性條件，并利用迭代學習策略設(shè)計出具有全局學習收斂能力和保證所構(gòu)成系統(tǒng)穩(wěn)健性的先進學習跟蹤控制器。 5.提出了一種新型自適應(yīng)灰色預(yù)測動態(tài)反饋調(diào)度策略：首先對多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)信息調(diào)度原理進行了解析描述，推導出保證系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的條件：并基于反饋調(diào)度思想研究了一種基于灰色預(yù)測網(wǎng)絡(luò)運行狀況的動態(tài)調(diào)度方法，通過動態(tài)調(diào)整控制系統(tǒng)各回路采樣周期和優(yōu)先級來合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，給性能較差的回路分配較多

7、的網(wǎng)絡(luò)資源和較高的優(yōu)先級，以減小該回路網(wǎng)絡(luò)誘導時延，從而克服了現(xiàn)有RM等調(diào)度方法的不足，有效地處理動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的系統(tǒng)控制，為多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的聯(lián)合設(shè)計提供一種新思路。 6.基于局域網(wǎng)構(gòu)建了一種多變量網(wǎng)絡(luò)控制實驗平臺：詳細探討了多變量網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的軟硬件實驗設(shè)計方案，并采用自適應(yīng)灰色預(yù)測控制和模型預(yù)測最優(yōu)控制兩種策略，分別對校園網(wǎng)環(huán)境下分布式兩單級倒立擺的跟蹤控制和雙并聯(lián)耦合倒立擺的穩(wěn)定控制進行了仿真和實驗研究。 以上