基于输入输出方法的网络环境下切换系统的建模与控制综合

The research about networked control systems is a new frontier topic with the development of network technique and computer application technology over the past few decades. Linear time-invariant systems or Markovian jump systems are investigated as its plants in most of existing research methods. However, network environments are complex, and there always exist transmission delay and packet loss in network transmission. It is inaccurate to use linear time-invariant systems to discribe the networked control systems, and since in different network environments, the situation about the numbers of known and unknow parameters is complicated, Markovian jump systems can not discribe all of situations. Thus, it is hard to use the investigated result about Markovian jump systems to control actual networked control systems. For this reason, this project will build complete switched system models according to the complex network enviroment, and develop a new input-output method presented recently to investigate the problems of performance analysis and controller design for the new model. The important progress has been gotten in previous studies of this project, and the final result is to build a set of complete input-output approach theory about networked control systems and form a sent of innovative and scientific investigate methods to enrich the research approach of thes problems. The final purpose is to improve the application ability of theoretical models and methods.

网络控制系统研究是近十几年来随着网络技术和计算机应用技术而出现的一个新的前沿性课题。现有的绝大多数的研究方法大多关注于被控对象为线性定常系统或是Markovian跳跃系统。而实际的网络环境非常复杂，由于网络传输时常存在着延迟和丢包，利用线性定常系统作为模型是粗糙的，而由于对网络环境下的状态了解程度的不同，完全依靠Markovian跳跃系统进行描述的方法也很难使用到实际的网络控制系统中去。为此，本项目将针对复杂的网络环境，建立完备切换系统模型，并且，利用近些年来刚刚出现的输入输出方法，对所建立的系统模型开展性能分析、控制器设计等问题的研究。本项目的前期研究已取得了重要进展，其最终研究结果有望建立一套关于网络环境下的切换系统较为完整的输入输出方法理论体系，形成具有创新性的科学研究方法，丰富了此类问题的研究手段，提高了理论模型在工程实践中的应用能力。

网络控制系统研究是近十几年来随着网络技术和计算机应用技术而出现的一个新的前沿性课题。实际的网络环境非常复杂，由于网络传输时常存在延时和丢包，利用线性定常系统作为模型是粗糙的，而由于对网络环境下的状态了解程度不同，完全依靠Markovian跳跃系统进行描述的方法也很难使用到实际的网络控制系统中去。为此，本项目首先针对了复杂的网络环境，分别对各种网络环境下的切换系统模型进行了系统分析，例如：带有不确定转移概率的Markovian跳跃系统，离散时间自由切换系统，连续时间自由切换系统以及带有不稳定子系统的切换系统。其次，本项目还研究了怎样考虑将一个实际的网络控制系统，通过一些合理假设，将其建模成马尔可夫跳跃系统，并根据实际情况，利用理论方法加以控制设计。再次，本项目考虑带宽有限的控制系统，利用稀疏控制方法补充了，在控制系统带宽受限的情况下，控制理论的研究方法。根据上述研究对象，本项目主要利用输入输出的研究方法，利用近年来的一些新的技术手段，根据各系统的实际情况，提出了对于上述提到的各种系统的控制方法。而对上述系统的主要研究思路便是输入输出方法，因此，随着本项目的完成，也完善了一整套基于输入输出方法解决网络控制系统的研究方法，完善和推进了现代控制理论，丰富了控制理论研究手段。