基于连续时间Markov链的网络化系统分析与控制

摘要

近几十年来,网络控制系统由于其成本低,易于安装和维修等优点,得到了广泛的关注.这使得网络控制系统在机器人系统,远程医疗,智能交通,制造业等方面特别受欢迎.然而,由于网络控制系统的混杂特性所导致的有限带宽,网络诱导时延和数据丢包总是不可避免的,并且可能是随机出现的.一般来说,解决网络诱导时延和数据丢包的方法可以大致分为两类:(1)确定的方法,将时延和丢包处理成时变变量,以及(2)随机方法,将时延和丢包假设为服从某种概率分布.众所周知,将带有由通信通道引起的时变时延和丢包的网络控制系统建模成连续时间马尔科夫跳变系统能够很好的捕捉到网络控制系统的特性.并且显然,对于具有连续时间马尔科夫跳变系统模型的网络控制系统来说,丢包或大时延发生的概率,以及带有丢包或大时延的,或者不带有丢包或大时延的每个模态的逗留时间,是影响网络控制系统的稳定性性能的重要因素.这对于网络控制系统是一个有意义的,同时也是具有挑战性的问题.不幸的是,据作者所知,很少有文章将网络诱导时延和丢包建模成连续时间随机过程,这激励了我们现在的研究.同时,将该结果推广到带有输入时延和通信时延的多智能体系统中也具有很大的意义.
　　本文将以连续时间马尔科夫链为理论基础,将连续时间马尔科夫链运用到带有网络诱导时延和数据丢包的网络控制系统中,得到保证其指数稳定的充分条件.然后将该结果推广到多智能体系统中,并运用类似的方法得到保证多智能体系统指数稳定的充分条件.本文的主要研究内容如下:
　　(1)基于连续时间马尔科夫链的网络控制系统的∞控制:首先,运用控制器切换策略,将一类线性连续时间网络控制系统建模成连续时间马尔科夫跳变线性系统,对于这个模型,在泛函理论的基础上,得出了保证线性连续时间网络控制系统指数稳定的∞控制器存在的充分条件.最后,用仿真例子验证了所提方法的有效性.
　　(2)基于连续时间马尔科夫链的多智能体系统的∞控制:类似的,我们也将运用控制器切换策略,将一类带有通信时延和输入时延的多智能体系统建模成马尔科夫跳变系统,进而运用泛函理论,得出保证连续时间多智能体系统指数稳定的∞控制器存在的充分条件.最后,用仿真例子验证了所得结果的有效性.

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Contents

中文摘要

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第一章 绪论

S1.1 研究背景、目的意义及国内外研究现状

S1.2 本文主要研究内容

S1.3 论文的组织结构

第二章 基于连续时间马尔科夫链的网络控制系统的?∞控制

S2.1 问题描述

S2.2 主要结果

S2.3 仿真例子

S2.4 本章小结

第三章 基于连续时间马尔科夫链的多智能体系统的?∞控制

S3.1 问题建模

S3.1.1 背景知识

S3.1.2 问题描述

S3.2 主要结果

S3.3 仿真例子

S3.4 本章小结

第四章 总结与展望

S4.1 总结

S4.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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