基于預測控制的網(wǎng)絡化系統(tǒng)若干控制問題研究.pdf

1、網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)集成了自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，已成為近年來國際控制領域研究的熱點課題。隨著網(wǎng)絡化控制技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的智能體系統(tǒng)采用網(wǎng)絡來實現(xiàn)信息交流，這就產(chǎn)生了網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)，如：物聯(lián)網(wǎng)。目前研究的網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)就是一種特殊的網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)，這里統(tǒng)一稱為網(wǎng)絡化系統(tǒng)。同傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)可以通過智能體間的相互協(xié)作解決各種復雜問題，因而具有靈活性、可靠性、并行性等優(yōu)勢，更適用于不確定環(huán)

2、境。網(wǎng)絡化多智能體協(xié)同控制在科學工程領域中有著廣泛的應用潛力，如無人機編隊、智能交通、傳感器網(wǎng)絡分布式估計等。由于各個智能體之間通過共享的通信網(wǎng)絡傳輸信息，通信信道中網(wǎng)絡時延、數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)錯序等網(wǎng)絡特性將會給網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制性能帶來極大影響,這給網(wǎng)絡化系統(tǒng)控制器的設計與分析帶來了很大困難。
　　本文基于預測控制方法，研究了網(wǎng)絡化系統(tǒng)中的若干控制問題，提出了基于時延和丟包主動補償機制的預測控制器設計與分析方法，主要

3、通過系統(tǒng)穩(wěn)定性和一致性的分析理論，給出了不依賴網(wǎng)絡特性的設計判據(jù)。具體來說，主要有以下幾個方面的內(nèi)容：
　　第1章對本課題研究背景、網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)的研究進展進行分析和總結(jié)，在此基礎上，給出了本論文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。
　　第2章基于預測控制方法，考慮前向通道與反饋通道均存在網(wǎng)絡時延的線性網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)，研究了調(diào)節(jié)與跟蹤控制問題。在進行網(wǎng)絡化預測調(diào)節(jié)控制器設計時，針對狀態(tài)可測和不可測兩種情況，采用不同的時

4、延補償機制，來主動補償網(wǎng)絡時延的影響，并進一步討論了網(wǎng)絡化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性設計方法和不確定分析。對于網(wǎng)絡化跟蹤控制問題，提出了預測跟蹤控制機制，給出了網(wǎng)絡化預測跟蹤控制器的設計方法，并進行了穩(wěn)定性和性能分析。分析結(jié)果表明，網(wǎng)絡化預測控制器的設計過程與網(wǎng)絡時延無關(guān)。
　　第3章同時考慮了網(wǎng)絡時延和數(shù)據(jù)丟包，進一步研究了一類非線性網(wǎng)絡化系統(tǒng)的預測控制器設計問題。為補償網(wǎng)絡時延和數(shù)據(jù)丟包，提出了非線性網(wǎng)絡化預測控制機制，為網(wǎng)絡化非線性系

5、統(tǒng)的研究提供了新的設計方法和控制策略。理論分析結(jié)果表明，基于非線性網(wǎng)絡化預測控制機制的非線性閉環(huán)網(wǎng)絡化預測控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定性與網(wǎng)絡時延、數(shù)據(jù)丟包無關(guān)。
　　第4章研究了網(wǎng)絡特性對網(wǎng)絡化多智能體控制系統(tǒng)性能的影響?；诰W(wǎng)絡化預測控制方法，提出了在網(wǎng)絡時延和（或）數(shù)據(jù)丟包情況下的網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)無領導者（Leadless）一致性控制器、領導-跟隨者（Leader-Following）一致性控制器的設計方法，其中，領導-跟隨者一致性控

6、制器用于解決同步問題。借助于圖論與矩陣論的分析方法，給出了保證網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)實現(xiàn)一致的若干判據(jù)，理論分析表明，控制器參數(shù)的設計與網(wǎng)絡時延、數(shù)據(jù)丟包無關(guān)，可以按照無網(wǎng)絡的情況進行設計。仿真結(jié)果表明了理論結(jié)果的有效性與可行性。
　　第5章在第4章的基礎上，進一步研究了網(wǎng)絡時延情況下的網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)分組一致性的設計問題。為主動補償網(wǎng)絡時延，基于狀態(tài)預測機制提出了網(wǎng)絡化多智能體系統(tǒng)在時變網(wǎng)絡時延情況下的分組一致性控制器設計方法，并