基于多项式模糊模型的复杂非线性大系统分散网络控制研究

The distinct differences exist between complex nonlinear large-scale systems in network environments and classical interconnected systems. Since the decentralized controller is implemented through network transmission, the dynamics of subsystems will be affected by all kinds of network properties. Moreover, because there often exist many decentralized control feedback loops composed by heterogeneous communication networks, the original topological structures will become more complex, which increases the difficulty of analysis and design. How to model, analyze and integrate complex nonlinear large-scale systems is a very hard problem while considering the above characteristics, and has important research value in theory. This project will study the decentralized networked control problem of complex nonlinear large-scale systems based on polynomial fuzzy model. The main research contents can be summarized as follows: First, we construct the polynomial fuzzy model about the controlled plant and introduce the hybrid structure with zero-order holder. Next, comprehensively considering the influence of nonuniform sampling, quantization errors, networks transmit delay and data dropouts, the decentralized controller is designed for the case with heterogeneous communication networks. Lastly, we consider new stability analysis methods to reduce the conservatism. The above research results will provide new ideas for developing control theory in the field of complex nonlinear large-scale systems, enrich the research contents in fuzzy control theory and networked control theory, and promote the progress of the automation technology in China.

网络环境中的复杂非线性大系统与传统互联系统存在着显著的差别，其分散控制器是通过网络传输实现的，子系统动力学性质因此也受到各种网络特性的影响，并且由于大系统常常存在异构通信网络组成的分散控制反馈回路，使得原有的拓扑结构更加复杂，增加了分析与设计的困难，如何考虑以上特点对其进行建模、分析与综合是当前的难点所在，具有极其重要的理论研究价值。本项目将研究基于多项式模糊模型的复杂非线性大系统分散网络控制问题。主要研究内容可概括为：首先建立被控对象的多项式模糊模型，引入带有零阶保持器的混杂系统结构；然后综合考虑非一致采样、量化误差、网络传输时延和数据丢包的影响，并针对存在异构通信网络的情况设计分散控制器；最后研究新的稳定性分析方法来减少控制的保守性。上述研究成果将为复杂非线性大系统控制理论的发展提供新的思路，丰富模糊控制理论和网络控制理论的研究内容，同时推动我国自动化技术的进步。

本项目深入地研究了基于多项式模糊模型的复杂非线性大系统分散网络控制问题，全面综合地考虑了非一致采样、量化误差、网络传输时延和数据丢包等网络特性对控制器设计的影响，并在此基础上进一步研究新的稳定性分析方法来减少控制的保守性，目的是提供统一有效的问题求解方法，最终形成了完整的系统建模、分析与综合的理论体系。.主要研究内容可概括为：建立被控对象的多项式模糊模型，引入带有零阶保持器的混杂系统结构，综合考虑非一致采样、量化误差、网络传输时延和数据丢包等网络特性的影响，构建系统的基本框架。针对一些典型非线性系统进行了分析与综合设计，得到了保证系统稳定性和性能的充分条件，在此基础上进行了仿真实例验证，确保了所得结果的正确性。.通过三年的工作，在此项目的资助下取得了一系列的研究成果：.(1).建立了基于多项式模糊模型的复杂非线性大系统分散网络控制技术的基本框架，给出了具体数学模型形式，并分析了相应的控制原理。.(2).针对一类基于模糊模型表示的复杂非线性大系统设计了相应的有限时间分散控制器，并探讨了网络环境中的复杂非线性大系统分散容错控制问题。.(3).针对几类典型的非线性系统设计了网络同步控制器，并考虑了网络的各种工作特性和容错控制需求，得到了一些保证系统稳定性和性能的充分条件。.(4).针对一类基于模糊模型表示的非线性系统设计了有限时间控制器，并考虑了时滞特性和容错控制需求，得到了一些保证系统稳定性和性能的充分条件。.相关工作至今为止已经出版和在线发表论文多篇，其中包括SCI/SCIE源期刊论文4篇；获得实用新型专利授权2项，软件著作权1项；完成硕士研究生培养任务多名；多次参加学术会议交流活动。