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(guò)共享網(wǎng)絡(luò)交換的反饋控制系統(tǒng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked ControlSystems,簡(jiǎn)稱(chēng)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(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已在工業(yè)自動(dòng)化、智能交通、機(jī)器人、航空航天、國(guó)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(wèn)題帶入控制系統(tǒng)中：如有限的通信帶寬、網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)滯、數(shù)據(jù)丟包、多包傳輸、時(shí)鐘異步

2、等等。這些問(wèn)題的存在，造成控制系統(tǒng)的控制指令往往不能夠及時(shí)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(wèn)題在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中不存在或是可以忽略不計(jì)，因此基于傳統(tǒng)的控制理論給出的控制設(shè)計(jì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)發(fā)展系統(tǒng)分析與控制設(shè)計(jì)的新思想、新概念、新方法，研究開(kāi)發(fā)適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的控制策略。所以，對(duì)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(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)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(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)滯、丟包和數(shù)據(jù)無(wú)序傳輸?shù)?，利用時(shí)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(duì)NCSs的建模、穩(wěn)定性、容錯(cuò)和控制進(jìn)行了相關(guān)研究，并得到針對(duì)這些基本問(wèn)題的一些研究結(jié)果。
　　 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯問(wèn)題建立了時(shí)變時(shí)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(shí)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(wèn)題，并基于LMIs形式給出具有較小保守性的時(shí)滯相關(guān)穩(wěn)定和鎮(zhèn)定條件。
　　 基于離散時(shí)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(shí)滯、丟包和數(shù)據(jù)包無(wú)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(jì)問(wèn)題。
　　 提出一種能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化而自動(dòng)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(shí)具有較好的動(dòng)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(wèn)題。利用V-k迭代算法，設(shè)計(jì)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(shí)，保持網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)均方穩(wěn)定的模式依賴(lài)和模式獨(dú)立容錯(cuò)控制器，并計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行器隨機(jī)故障的最大冗余度。
　　 針對(duì)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(shí)具有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)滯、丟包和數(shù)據(jù)包無(wú)序傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該方法可以建立一個(gè)統(tǒng)一的模型用于解決網(wǎng)絡(luò)短時(shí)滯和長(zhǎng)時(shí)滯

6、的鎮(zhèn)定性問(wèn)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(guò)仿真實(shí)例說(shuō)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(cè)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(diǎn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種能夠同時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯的時(shí)變部分小于一個(gè)采樣周期或大于一個(gè)采樣周期且有界的一致方法。最后通過(guò)仿真比較，說(shuō)明相對(duì)于一般的控制器，采用該方法設(shè)計(jì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多檢測(cè)信號(hào)傳輸，且各信號(hào)時(shí)滯變化規(guī)律不同的特性，建立能夠較準(zhǔn)確描述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型，并提出一種準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性兼顧的時(shí)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(wèn)題。最后通過(guò)仿真實(shí)例說(shuō)明了基于加權(quán)均值融合技術(shù)設(shè)計(jì)的靜態(tài)輸出控制器的有效性。
　　 最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)今后NCSs 進(jìn)一步的研究和發(fā)展方