網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的控制與調(diào)度研究.pdf

1、本文研究了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)(networked control systems，NCS)的控制與調(diào)度問題，主要內(nèi)容如下： (1) 研究了線性網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的補償與控制問題。首先針對存在數(shù)據(jù)包丟失和不確定短時延的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，構造丟包補償器補償時延的影響，將NCS建模為一類具有參數(shù)不確定性的離散切換系統(tǒng)，利用切換系統(tǒng)控制理論和線性矩陣不等式(linearmatrix inequality，LMI)方法，給出了丟包補償器和控制器設計的參數(shù)

2、化方法。然后針對存在數(shù)據(jù)包丟失和時變長時延的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，設計基于開環(huán)觀測和閉環(huán)觀測相結合的狀態(tài)觀測器，補償數(shù)據(jù)包丟失和長時延對系統(tǒng)性能的影響，將觀測誤差系統(tǒng)建模為一類離散切換系統(tǒng)，分別給出了狀態(tài)觀測器和區(qū)域極點配置控制器的設計方法。 (2) 研究了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的動態(tài)調(diào)度策略設計問題。提出了一種基于網(wǎng)絡運行狀態(tài)的動態(tài)調(diào)度器，通過實時調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的采樣周期，調(diào)度網(wǎng)絡中的控制數(shù)據(jù)，以適應網(wǎng)絡中信息流的變化。動態(tài)調(diào)度器由網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)測

3、器、網(wǎng)絡狀態(tài)預測算法、采樣周期調(diào)節(jié)算法組成。監(jiān)測器等間隔采集當前的網(wǎng)絡狀態(tài)，預測算法利用獲取的網(wǎng)絡狀態(tài)，估計下一監(jiān)測周期內(nèi)的網(wǎng)絡利用率和數(shù)據(jù)包執(zhí)行時間。針對設定網(wǎng)絡利用率期望值的NCS，基于反饋控制機理，預測下一監(jiān)測周期內(nèi)的網(wǎng)絡利用率；對于未設定網(wǎng)絡利用率期望值的NCS，建立網(wǎng)絡利用率 AR 模型，采用最小方差預報估計下一監(jiān)測周期內(nèi)的網(wǎng)絡利用率。同樣建立數(shù)據(jù)包執(zhí)行時間的 AR 模型，求得下一監(jiān)測周期內(nèi)數(shù)據(jù)包執(zhí)行時間的最小方差預報值。采樣

4、周期調(diào)節(jié)算法基于網(wǎng)絡利用率的預估值和數(shù)據(jù)包執(zhí)行時間的預估值及當前的網(wǎng)絡誘導誤差與控制誤差，計算控制系統(tǒng)新的采樣周期。利用Truetime仿真軟件對提出的動態(tài)調(diào)度器進行仿真研究，研究結果表明，所設計的動態(tài)調(diào)度器能夠獲得較高的網(wǎng)絡資源可調(diào)度性和利用率。 (3) 研究了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中控制與調(diào)度協(xié)同設計問題，提出了一種變采樣周期系統(tǒng)的建模與控制方法。采用動態(tài)調(diào)度器的NCS，其采樣周期是時變不確定的，此時NCS為一變采樣周期系統(tǒng)。首先針對

5、理想調(diào)度，忽略數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡誘導時延對系統(tǒng)的影響，利用數(shù)學變換和矩陣理論，將變采樣周期系統(tǒng)等效為一類具有參數(shù)不確定性的離散時間系統(tǒng)，實現(xiàn)了變采樣周期系統(tǒng)的建模?；贚yapunov方法和LMI方法，給出了變采樣周期NCS狀態(tài)反饋控制器設計的參數(shù)化方法。進而，針對非理想調(diào)度，考慮不確定短時延和數(shù)據(jù)包丟失對系統(tǒng)的影響，將變采樣周期系統(tǒng)等效為一類具有參數(shù)不確定性的離散切換系統(tǒng)，基于切換系統(tǒng)理論和LMI 方法給出了非理想調(diào)度下變采樣周期NCS

6、的控制器設計方法，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的控制與調(diào)度的協(xié)同設計。 (4) 研究了一類非線性網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的建模與控制問題。針對被控對象可由Takagi-Sugeno (T-S)模糊模型描述的非線性網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，當網(wǎng)絡中存在不確定短時延，系統(tǒng)可建模為一類具有參數(shù)不確定性的T-S模糊系統(tǒng)，利用模糊控制理論與方法，給出了系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件和模糊控制器設計的參數(shù)化方法，在此基礎上，進一步研究了系統(tǒng)的H<,∞>控制問題，給出了使系統(tǒng)漸近