基于Zigbee技术的无线网络系统的建模与控制

摘要

网络控制系统是计算机技术、通讯技术和控制技术等发展与融合的产物，作为控制系统发展的新阶段，它体现了控制系统向网络化、集成化、智能化发展的趋势。网络控制系统由于其成本低、便于安装维护、信息共享、便于扩展等优点，在工业自动化、航空航天领域、智能家居系统、智能交通等方面得到了广泛的应用。无线网络作为有线网络的补充和延伸也得到了广泛的应用。然而，由于无线通讯网络被引入到控制系统中，许多新问题也随之而生，如:网络诱导时延、数据丢包、乱序等。传统的控制理论需要经过重新评估才能被应用到无线网络控制系统中。
　　 针对无线网络控制系统中存在的问题，本论文研究了一类基于Zigbee技术的无线网络控制系统的建模与控制问题。
　　 首先，为了更好地理解无线网络的传输特性，我们搭建了一个基于无线网络控制系统的实验平台。通过大量的实验，建立了无线网络在单跳和多跳拓扑结构下传输时延的泊松分布参数模型。并通过无线网络环境下的状态估计，验证了该模型的有效性。
　　 其次，针对于无线网络中同时存在数据时延和数据丢包的现象，讨论了无线网络控制系统的建模问题。提出了带有时变时延的切换系统的新的模型，并基于建立的模型，研究了使闭环系统镇定的控制器的设计和H∞控制问题。数值仿真验证了算法的有效性。
　　 最后，研究了当被控对象为不稳定对象时，使无线网络控制系统镇定的条件。通过引入增广状态的方法建立了整个闭环系统的切换模型。并采用异步动态系统理论，得到了依赖于数据时延和数据丢包的控制器的设计方法。数值仿真验证了算法的有效性。

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摘要

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缩写、符号清单、术语表

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 存在的问题

1．3 研究方法及现状

1．4 无线网络控制系统研究现状

1．5 本论文的研究工作

2 无线网络实验平台简介

2．1 Zigbee技术简介

2．2 实验平台简介

3 无线网络时延测试与建模

3．1 引言

3．2 无线网络传输时延测试

3．3 无线网络时延分析与建模

3．4 小结

4 无线网络环境下的状态估计

4．1 Kalman滤波

4．2 系统状态估计

4．3 实验结果

4．4 小结

5 无线网络系统的建模与镇定

5．1 引言

5．2 无线网络系统的建模

5．3 控制器设计

5．4 数值仿真

5．5 小结

6 无线网络系统的H∞控制

6．1 引言

6．2 系统建模

6．3 无线网络系统的H∞控制

6．4 数值仿真

6．5 小结

7 无线网络系统的镇定-ADS方法

7．1 引言

7．2 无线网络系统的建模

7．3 时变时延切换系统的稳定性分析

7．4 控制器设计

7．5 数值仿真

7．6 小结

8 结论与展望

8．1 本文总结

8．2 研究展望

参考文献

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