網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能分析與一致性研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)通信、控制和計(jì)算技術(shù)之間的相互滲透和發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之中，許多領(lǐng)域的研究者都對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的快速發(fā)展及其帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)產(chǎn)生了濃厚的興趣。本文的研究主要針對(duì)兩類(lèi)比較典型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和多自主體網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)一般由執(zhí)行器、傳感器和控制器通過(guò)一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)組成，由于其具有資源共享、易于維護(hù)等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。然而，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能會(huì)由于網(wǎng)絡(luò)通信約束的引入而受到影響。本文基于頻

2、域控制的方法研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在通訊約束影響下的性能極限問(wèn)題。本文重點(diǎn)研究了另外一類(lèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——多自主體網(wǎng)絡(luò)。作為科學(xué)和工程控制領(lǐng)域的新興學(xué)科，多自主體網(wǎng)絡(luò)近來(lái)受到廣大研究者越來(lái)越多的關(guān)注。一致性是多自主體網(wǎng)絡(luò)中典型的動(dòng)力學(xué)行為，可以用來(lái)描述大多協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。本文基于已有的相關(guān)研究，綜合運(yùn)用代數(shù)圖論、系統(tǒng)穩(wěn)定性理論、矩陣?yán)碚摰鹊南嚓P(guān)知識(shí)，研究了多自主體網(wǎng)絡(luò)的一致性協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。主要內(nèi)容概述如下：
　　針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中存在一類(lèi)特殊

3、的一階移動(dòng)平均高斯噪聲反饋通道時(shí)的最優(yōu)調(diào)節(jié)性能問(wèn)題，提出了相應(yīng)的調(diào)節(jié)性能指標(biāo)，建立了信道參數(shù)與最優(yōu)調(diào)節(jié)性能之間的內(nèi)在關(guān)系?；诳刂破鞯腨oula參數(shù)化和H2控制理論，在前饋通道存在輸入擾動(dòng)和反饋通道存在高斯噪聲的情形下，設(shè)計(jì)了使得系統(tǒng)穩(wěn)定的二自由度控制器，得到了系統(tǒng)最優(yōu)調(diào)節(jié)性能的精確表達(dá)式。研究結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最優(yōu)調(diào)節(jié)性能不僅依賴于被控對(duì)象的非最小相位零點(diǎn)和不穩(wěn)定極點(diǎn)，還與輸入擾動(dòng)和高斯噪聲的統(tǒng)計(jì)特性以及反饋通道參數(shù)有關(guān)。

4、　　針對(duì)二階離散時(shí)間多自主體網(wǎng)絡(luò)的一致性問(wèn)題，提出了僅僅利用當(dāng)前位置信息以及上一離散時(shí)刻位置信息的分布式線性一致性協(xié)議。相比于其他的控制協(xié)議，該協(xié)議由于只需要存儲(chǔ)上一時(shí)刻的位置數(shù)據(jù)，大大減少了存儲(chǔ)空間，從而極大地減少了通信和存儲(chǔ)的能量消耗。根據(jù)時(shí)延差分方程的穩(wěn)定性理論，利用特征值分析方法，得到了網(wǎng)絡(luò)達(dá)到二階一致性的充要條件，其與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的拉普拉斯特征值，采樣周期以及控制增益參數(shù)有關(guān)。
　　針對(duì)帶有領(lǐng)航者的連續(xù)時(shí)間二階多自主體網(wǎng)絡(luò)

5、在采樣數(shù)據(jù)環(huán)境下的跟蹤一致問(wèn)題，本文提出了只使用當(dāng)前位置信息和自身速度信息的分布式協(xié)議來(lái)跟蹤動(dòng)態(tài)的領(lǐng)航者。通過(guò)矩陣分析和隨機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，分別給出了網(wǎng)絡(luò)在固定有向拓?fù)湎逻_(dá)到跟蹤一致性的充分必要條件和在馬爾科夫隨機(jī)切換拓?fù)湎碌某浞謼l件。
　　針對(duì)分?jǐn)?shù)階多自主體網(wǎng)絡(luò)在事件驅(qū)動(dòng)控制下的一致性問(wèn)題，提出了基于全局量測(cè)誤差進(jìn)行控制更新的集中式事件觸發(fā)策略和依賴于自身以及鄰居自主體的信息而執(zhí)行控制更新的分布式事件觸發(fā)策略。根據(jù)分?jǐn)?shù)階穩(wěn)定性理

6、論和代數(shù)圖論，得到了兩種事件觸發(fā)控制策略下網(wǎng)絡(luò)取得一致性的充分條件和事件觸發(fā)條件表達(dá)式。
　　針對(duì)復(fù)雜大規(guī)模環(huán)境下的多自主體網(wǎng)絡(luò)的混雜協(xié)調(diào)問(wèn)題，提出了帶有分層領(lǐng)航者的分層網(wǎng)絡(luò)模型并進(jìn)行了協(xié)調(diào)控制分析?；诰仃?yán)碚?，代?shù)圖論和李雅普諾夫理論，分別得到了帶有靜態(tài)主領(lǐng)航者的多自主體網(wǎng)絡(luò)在有耦合跟隨者群組和非耦合跟隨者群組情況下取得混雜協(xié)調(diào)的充要條件和充分條件。進(jìn)一步，考慮了主領(lǐng)航者是運(yùn)動(dòng)的和在不同層級(jí)之間存在通信時(shí)延的情況，在時(shí)延滿足一