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)用于各個領(lǐng)域之中，許多領(lǐng)域的研究者都對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的快速發(fā)展及其帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)產(chǎn)生了濃厚的興趣。本文的研究主要針對兩類比較典型的網(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一個通信網(wǎng)絡(luò)組成，由于其具有資源共享、易于維護等特點，在工業(yè)控制、遠程醫(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題。本文重點研究了另外一類網(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)近來受到廣大研究者越來越多的關(guān)注。一致性是多自主體網(wǎng)絡(luò)中典型的動力學(xué)行為，可以用來描述大多協(xié)調(diào)控制問題。本文基于已有的相關(guān)研究，綜合運用代數(shù)圖論、系統(tǒng)穩(wěn)定性理論、矩陣理論等的相關(guān)知識，研究了多自主體網(wǎng)絡(luò)的一致性協(xié)調(diào)控制問題。主要內(nèi)容概述如下：
　　針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中存在一類特殊

3、的一階移動平均高斯噪聲反饋通道時的最優(yōu)調(diào)節(jié)性能問題，提出了相應(yīng)的調(diào)節(jié)性能指標，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和反饋通道存在高斯噪聲的情形下，設(shè)計了使得系統(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象的非最小相位零點和不穩(wěn)定極點，還與輸入擾動和高斯噪聲的統(tǒng)計特性以及反饋通道參數(shù)有關(guān)。

4、　　針對二階離散時間多自主體網(wǎng)絡(luò)的一致性問題，提出了僅僅利用當前位置信息以及上一離散時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)議由于只需要存儲上一時刻的位置數(shù)據(jù)，大大減少了存儲空間，從而極大地減少了通信和存儲的能量消耗。根據(jù)時延差分方程的穩(wěn)定性理論，利用特征值分析方法，得到了網(wǎng)絡(luò)達到二階一致性的充要條件，其與網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的拉普拉斯特征值，采樣周期以及控制增益參數(shù)有關(guān)。
　　針對帶有領(lǐng)航者的連續(xù)時間二階多自主體網(wǎng)絡(luò)

5、在采樣數(shù)據(jù)環(huán)境下的跟蹤一致問題，本文提出了只使用當前位置信息和自身速度信息的分布式協(xié)議來跟蹤動態(tài)的領(lǐng)航者。通過矩陣分析和隨機系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，分別給出了網(wǎng)絡(luò)在固定有向拓撲下達到跟蹤一致性的充分必要條件和在馬爾科夫隨機切換拓撲下的充分條件。
　　針對分數(shù)階多自主體網(wǎng)絡(luò)在事件驅(qū)動控制下的一致性問題，提出了基于全局量測誤差進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)分數(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)條件表達式。
　　針對復(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)問題，提出了帶有分層領(lǐng)航者的分層網(wǎng)絡(luò)模型并進行了協(xié)調(diào)控制分析?；诰仃嚴碚?，代數(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。進一步，考慮了主領(lǐng)航者是運動的和在不同層級之間存在通信時延的情況，在時延滿足一