传感器执行器网络环境下分布参数系统的事件驱动控制

In reality, most of the physical systems can be represented as the distributed parameter systems. Wireless sensor and actuator networks can perceive and change the physical systems. The project on the distributed parameter systems based on the wireless sensor and actuator networks, synthetically considers limited constraints such as missing measurements, communication delay, noise measurement, and explores the basic theory and the key techniques of event-driven control for distributed parameter systems with the limited network bandwidth. Mainly by utilizing the modern control theory, operator semigroup theory, Lyapunov stability theory, graph theory and stochastic analysis theory, the corresponding synthesized controller is designed with the combinations of event-driven conditions with the control objectives, in order to reduce the number of control input updates, while it still can guarantee the control performance. In particular, based on event-driven control, the optimal position for the fixed sensors and actuators and the optimal moving strategy for the mobile sensors and actuators are investigated, to achieve the optimal control for distributed parameter systems. The research results of the project will further promote the application of wireless sensor and actuator networks on the distributed parameter systems, enrich the control theory of distributed parameter systems, and have extensive applications in many fields including industry, agriculture, military, and so on.

现实中的物理系统大多可用分布参数系统描述，而无线传感器执行器网络具有感知和改变物理系统的功能。本项目将针对无线传感器执行器网络环境下分布参数系统，综合考虑网络中数据丢包、通讯延迟、测量噪声等制约因素，探索网络带宽受限下分布参数系统的事件驱动控制的基础理论和关键技术。主要利用现代控制理论、算子半群理论、李雅普诺夫稳定性理论、图论和随机分析理论，将事件驱动条件和控制目的相结合，综合设计控制器，在减少控制输入更新的情况下依然保证控制性能。特别地，在事件驱动控制的基础上，研究分布参数系统中固定传感器执行器的最优位置配置和移动传感器执行器的最优移动策略，实现分布参数系统的最优控制。项目的研究成果可以进一步促进无线传感器执行器网络在分布参数系统中的应用，丰富分布参数系统的控制理论，该成果将在工业、农业、军事等领域具有广泛的应用前景。

现实中的物理系统大多可用分布参数系统描述，而无线传感器执行器网络具有感知和改变物理系统的功能，因此利用无线传感器执行器网络对布参数系统进行控制是现代控制的研究热点之一。本项目针对无线传感器执行器网络环境下分布参数系统，综合考虑网络中数据丢包、通讯延迟、测量噪声等制约因素，探索网络带宽受限下分布参数系统事件驱动控制的基础理论和关键技术。利用算子半群理论和李雅普诺夫稳定性理论，提出了事件驱动控制与移动传感器执行器网络的综合设计方法，在减少控制输入更新的情况下仍然能保证分布参数系统的控制性能。基于覆盖优化方法，设计了移动传感器执行器的局部最优移动方向，实现了分布参数系统的一种最优控制。针对分布参数系统控制中出现输出信号随机丢包问题，提出了一类间歇式PD型迭代学习控制算法。探讨了无线传感器网络中存在测量数据丢包情况下的移动边界的分布参数系统的状态估计问题，分析了系统移动边界和丢包率对移动传感器的运动控制力的影响。研究了一类基于移动传感器执行器网络的具有输入时滞的分布参数系统控制问题，设计了具有二阶动力学系统的移动传感器执行器的移动策略。本项目的实施有助于推动无线传感器执行器网络在分布参数系统中的应用，其研究成果在精准农业、环境监测、工业控制等领域具有一定的应用价值。