具有通信约束的网络控制系统调度策略与动态量化控制的研究

摘要

近年来，随着控制理论、通信网络以及电子技术的飞速发展和日益渗透，网络控制系统给自动化技术带来了深远的影响和新的挑战。本文针对通讯受限下的网络控制系统，就节点调度策略、位速率分配及动态量化控制的联合设计问题展开系列研究。本文主要工作如下:
　　首先，针对一类随机短时延网络控制系统，在介质访问约束的情况下基于动态调度策略进行鲁棒控制器的联合设计。在网络双边通道采用对数量化器和TOD调度策略，将随机短时延及量化误差转化为系统的不确定参数，进而将系统建模成一类离散切换不确定系统，采用切换系统及李雅普诺夫稳定性理论进行鲁棒控制器的设计以保证闭环系统渐近稳定且具有鲁棒性能。
　　其次，针对介质访问约束下连续时不变的网络控制系统，提出了动态量化器与鲁棒控制器联合设计的新方法。改进水平-中心型均匀量化器为带有缩放因子的动态量化器，将系统建模成离散切换不确定系统。量化器在离散时间依赖量化输入（系统输出和控制输出）动态调节缩放因子，采用Lyapunov稳定性理论给出系统渐近稳定的充分条件，进而以LMI形式给出观测器和鲁棒控制器分离设计的方法。
　　最后，在介质访问约束和位速率受限同时存在的情况下，针对由多个不稳定被控子对象构成的NCS，提出节点调度和编码位数分配二重调度的新思想。由于所有节点不能同时获得满足量化误差收敛的最小位速率，首先基于切换驻留方法设计节点调度策略，对得到调度的节点采用反馈调度器在线动态分配位速率，动态量化器根据分配的位速率更新量化规则。将动态量化误差转化为量化范围，提出量化依赖的李雅普诺夫函数，进一步运用切换系统理论与LMI方法，联合在线设计动态反馈控制器保证所有被控子对象指数渐近稳定。
　　利用Truetime网络仿真平台对上述理论进行验证，仿真结果表明本文提出的理论和技术方法均是可行的。

目录

声明

摘要

注释表

1 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 网络控制系统中的基本问题及研究现状

1．2．1 网络诱导时延

1．2．2 数据包丢失

1．2．3 节点驱动方式

1．2．4 网络通信受限

1．3 通信受限的网络控制系统的主要研究内容及现状

1．3．1 介质访问约束下的NCS的调度与控制研究

1．3．2 位速率约束下的NCS量化与控制研究

1．4 本文主要工作

2 具有通信约束的网络控制系统动态调度和H∞量化联合镇定

2．1 引言

2．2 对数量化器

2．3 问题描述

2．4 基于TOD动态调度和鲁棒量化控制器设计

2．5 算例仿真

2．6 结论

3．网络控制系统的鲁棒H∞控制和动态量化联合镇定

3．1 引言

3．2 水平-中心型均匀量化器

3．3 问题描述

3．4 基于观测器的鲁棒控制器和动态量化器联合设计

3．5 算例仿真

3．6 结论

4．具有通信约束的网络控制系统双重调度与量化控制联合镇定

4．1 引言

4．2 原始量化器

4．3 问题描述

4．4 节点调度和动态带宽分配策略设计

4．5 动态量化器和反馈控制器设计

4．6 算例仿真

4．7 结论

5 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 研究展望

致谢

参考文献

附录