網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制與調(diào)度研究.pdf

1、本文研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(networked control systems，NCS)的控制與調(diào)度問(wèn)題，主要內(nèi)容如下： (1) 研究了線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償與控制問(wèn)題。首先針對(duì)存在數(shù)據(jù)包丟失和不確定短時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，構(gòu)造丟包補(bǔ)償器補(bǔ)償時(shí)延的影響，將NCS建模為一類(lèi)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(bǔ)償器和控制器設(shè)計(jì)的參數(shù)

2、化方法。然后針對(duì)存在數(shù)據(jù)包丟失和時(shí)變長(zhǎng)時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于開(kāi)環(huán)觀測(cè)和閉環(huán)觀測(cè)相結(jié)合的狀態(tài)觀測(cè)器，補(bǔ)償數(shù)據(jù)包丟失和長(zhǎng)時(shí)延對(duì)系統(tǒng)性能的影響，將觀測(cè)誤差系統(tǒng)建模為一類(lèi)離散切換系統(tǒng)，分別給出了狀態(tài)觀測(cè)器和區(qū)域極點(diǎn)配置控制器的設(shè)計(jì)方法。 (2) 研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略設(shè)計(jì)問(wèn)題。提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)度器，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的采樣周期，調(diào)度網(wǎng)絡(luò)中的控制數(shù)據(jù)，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中信息流的變化。動(dòng)態(tài)調(diào)度器由網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

3、器、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)預(yù)測(cè)算法、采樣周期調(diào)節(jié)算法組成。監(jiān)測(cè)器等間隔采集當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，預(yù)測(cè)算法利用獲取的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，估計(jì)下一監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)利用率和數(shù)據(jù)包執(zhí)行時(shí)間。針對(duì)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)利用率期望值的NCS，基于反饋控制機(jī)理，預(yù)測(cè)下一監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)利用率；對(duì)于未設(shè)定網(wǎng)絡(luò)利用率期望值的NCS，建立網(wǎng)絡(luò)利用率 AR 模型，采用最小方差預(yù)報(bào)估計(jì)下一監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)利用率。同樣建立數(shù)據(jù)包執(zhí)行時(shí)間的 AR 模型，求得下一監(jiān)測(cè)周期內(nèi)數(shù)據(jù)包執(zhí)行時(shí)間的最小方差預(yù)報(bào)值。采樣

4、周期調(diào)節(jié)算法基于網(wǎng)絡(luò)利用率的預(yù)估值和數(shù)據(jù)包執(zhí)行時(shí)間的預(yù)估值及當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)誤差與控制誤差，計(jì)算控制系統(tǒng)新的采樣周期。利用Truetime仿真軟件對(duì)提出的動(dòng)態(tài)調(diào)度器進(jìn)行仿真研究，研究結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)調(diào)度器能夠獲得較高的網(wǎng)絡(luò)資源可調(diào)度性和利用率。 (3) 研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中控制與調(diào)度協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)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(dòng)態(tài)調(diào)度器的NCS，其采樣周期是時(shí)變不確定的，此時(shí)NCS為一變采樣周期系統(tǒng)。首先針對(duì)

5、理想調(diào)度，忽略數(shù)據(jù)包丟失和網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延對(duì)系統(tǒng)的影響，利用數(shù)學(xué)變換和矩陣?yán)碚?，將變采樣周期系統(tǒng)等效為一類(lèi)具有參數(shù)不確定性的離散時(shí)間系統(tǒng)，實(shí)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(shè)計(jì)的參數(shù)化方法。進(jìn)而，針對(duì)非理想調(diào)度，考慮不確定短時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失對(duì)系統(tǒng)的影響，將變采樣周期系統(tǒng)等效為一類(lèi)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(shè)計(jì)方法，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的控制與調(diào)度的協(xié)同設(shè)計(jì)。 (4) 研究了一類(lèi)非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與控制問(wèn)題。針對(duì)被控對(duì)象可由Takagi-Sugeno (T-S)模糊模型描述的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在不確定短時(shí)延，系統(tǒng)可建模為一類(lèi)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(shè)計(jì)的參數(shù)化方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了系統(tǒng)的H<,∞>控制問(wèn)題，給出了使系統(tǒng)漸近