基于混雜切換模型的汽車懸架和軌跡跟蹤網(wǎng)絡控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著工業(yè)控制對象的結構日益復雜以及對控制精度的要求日漸提高，控制過程中的離散事件動態(tài)系統(tǒng)(DEDS)和連續(xù)過程動態(tài)系統(tǒng)(CVDS)的耦合關系越來越明顯，混雜系統(tǒng)的理論研究受到了越來越多的關注。混雜系統(tǒng)的基本思想是通過離散事件和連續(xù)過程之間的耦合作用來研究系統(tǒng)的動力學特性。具有網(wǎng)絡通信約束的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的調度量和控制量之間存在耦合，符號控制指令又可以簡化設計和操作，使得將通信約束的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)作為混雜系統(tǒng)來考慮優(yōu)勢更加明顯。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)

2、(NCS)是由網(wǎng)絡作為通信信道的控制系統(tǒng)，其閉環(huán)性能不僅依賴于控制算法的設計，還依賴于對網(wǎng)絡資源的合理調度。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中控制性能與網(wǎng)絡運行性能是一個整體，控制和調度分離設計的一些聯(lián)合設計方案沒有考慮控制性能與調度性能之間的交互影響，難以獲得NCS性能的綜合優(yōu)化。為解決這一問題，本文提出了基于混雜系統(tǒng)建模的控制和調度聯(lián)合設計方法。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)已經在汽車中得到了廣泛的應用(在高端汽車控制系統(tǒng)中尤為廣泛)，車載網(wǎng)絡系統(tǒng)具備可實現(xiàn)信息共享、減

3、少布線、降低成本和提高總體可靠性等諸多優(yōu)點，同時也可提高汽車綜合控制的準確性。本文以車載網(wǎng)絡為研究背景，將通信約束的車載網(wǎng)絡控制系統(tǒng)建立成切換系統(tǒng)形式的模型，從而將調度序列和控制序列之間的耦合關系用數(shù)學表達式表現(xiàn)出來。在此基礎上，利用控制和調度聯(lián)合設計的方法，綜合考慮網(wǎng)絡的控制性能和調度性能，給出調度器和控制器的聯(lián)合設計方法。
　　首先，描述了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的發(fā)展過程以及存在的基本問題，介紹了網(wǎng)絡控制和調度研究現(xiàn)狀，以及現(xiàn)有的基于混

4、雜系統(tǒng)的建模方法；然后，簡述了車載網(wǎng)絡的概念，總結了車載網(wǎng)絡的發(fā)展過程，概括了車載網(wǎng)絡的優(yōu)點及常用于車載網(wǎng)絡的幾種總線。
　　其次，針對一個前向通道具有介質接入通信約束的多輸入多輸出系統(tǒng)，結合周期調度序列的概念，根據(jù)混雜系統(tǒng)理論建立了切換系統(tǒng)模型。并在此基礎上，考慮網(wǎng)絡通道中可能存在的干擾，設計了基于有限時間的離散最優(yōu)控制算法?；谝呀浗⒌那袚Q系統(tǒng)模型，從系統(tǒng)的能控性和能觀性的角度出發(fā)，給出了保證系統(tǒng)能控、能觀的調度序列的選取辦

5、法。并將其應用到汽車主動懸架系統(tǒng)上，取得了較好的控制效果。
　　最后，將具有通信約束和時延的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)建模成集成調度和控制信息的離散切換系統(tǒng)。提出了一種動態(tài)調度和狀態(tài)反饋控制聯(lián)合設計的方法，這種方法通過預測系統(tǒng)的實時狀態(tài)來選擇控制和調度策略，和普遍采用的靜態(tài)調度比，系統(tǒng)的魯棒性更強。由于控制序列和調度序列是同時進行優(yōu)化的，所以實現(xiàn)了真正意義上的控制和調度的聯(lián)合設計。并將其應用到四輪轉向汽車的軌跡跟蹤上，取得了較理想的控制效果。<