多网耦合复杂分布式系统网络化控制方法研究

The complex distributed control system has an intrinsic property of organically integration of physical object network, communication network and hierarchical control structure. Due to some complicate reasons such as coupling of multi-networks, time-varying dynamic variations and communication imperfections, the effective control design becomes a challenging issue and brings difficulty both in theoretical research and practical implementation. In the most existing literatures, the system distribution property and communication imperfection are generally considered. However, the complex system dynamic and multi-network coupling property are barely concerned. For effectively performing system control as well as enriching and completing distributed control system theory, the following key issues will be thoroughly considered and researched in the project. Firstly, considering different system node dynamic variation, the coupling mechanism of multi-networks will be researched in detail and the corresponding system model that has the capability of integrating the coupling parameters will be proposed. Secondly, note that the large amount of system nodes will inevitably induce large amount of system information in different time and space, therefore, the non-periodical data transmission strategy will be proposed for eliminating redundant information so as to reducing data transmission pressure. Meanwhile, considering communication imperfections and multi-source disturbances, the system information fusion and filter methods will be investigated for acquiring accurate and timely system states. At last, synthetically considering system uncertainties, communication imperfections and various control objectives, a series of system performance indexes and control strategies will be correlatively proposed for achieving different system control objectives while maintaining required system performances.

复杂分布式控制系统本质上是一个物理对象网络、通信网络与分布式控制结构深度融合的层次化控制系统。受多网耦合、节点动态复杂时变和通信不确定性等因素制约，系统有效控制具有理论研究难度。现有研究工作大多考虑了系统的分布性和通信约束对控制性能的影响，却较少考虑系统具有的复杂动态和多网耦合特征。为实现系统有效控制，本项目拟从控制角度出发，首先考虑系统节点复杂时变动态，以及物理对象网络、通信网络和层次化控制结构之间的多网耦合有机关联制约关系，建立体现多网耦合特征的复杂分布式系统模型。然后，考虑节点数量多以及量测信息大量、混杂和不健全因素，以必要性数据传输为原则研究非等周期离散数据传输策略，以剔除冗余数据降低通信负担；进而研究多源干扰影响下的系统状态信息融合方法。最后，考虑对象动态和通信网络中的多种不确定性因素，研究建立可体现时间空间要求的控制性能指标体系，并提出一系列保性能强鲁棒性网络化控制新方法。

为实现系统有效控制，本项目从控制角度出发，首先考虑系统节点复杂时变动态，以及多网耦合有机关联制约关系，建立体现多网耦合特征的复杂分布式系统模型。然后，考虑节点数量多以及量测信息不健全因素，以必要性数据传输为原则研究事件触发传输策略，以剔除冗余数据降低通信负担；进而考虑对象动态和通信网络中的多种不确定性因素，提出一系列保性能强鲁棒性网络化控制新方法。. 针对上述研究内容，项目组形成了论文16篇，其中被SCI检索收录12篇，主持人以第1作者发表SCI期刊论文10篇；IEEE会议论文4篇。项目组共计发表发明专利和软件著作权24个。培养硕士研究生16名，博士研究生3名。项目组成员分别于2019年和2021年参加国际和国内会议2次。主要的贡献如下：1）针对受通信制约下的不确定性系统，提出了无抖动滑模和准滑模控制方法；2）针对传感器-控制器与控制器-执行器通信网络中存在的数据传输延时、丢包和乱序问题，建立了通信不确定性模型并提出了基于事件触发的控制策略；3）针对分布式多自主体一致性问题，综合考虑数据传输延时和通信拓扑时变因素，提出了事件触发下的一致性控制策略；4）面向网络化系统事件触发器设计问题，创新提出了具有自适应或动态变化能力的事件触发器设计方法；5）为促进理论成果的工程应用，分别针对建筑物主动减振控制、车辆悬挂系统控制和列车巡航控制等工程问题，提出了网络化控制器设计新方法。