资源受限网络化控制系统协同设计研究

Research of networked control system integrated control theory, information theory and computer science, is one of the leading issues on the field of control. In spite of networked control system had many research results, but these research is generally controller design and scheduling strategy design considered separately, not capable of combining the two, and thus cannot be guaranteed on the overall system performance. Collaborative design network performance, network bandwidth resource constraints and more factors into the control design and performance optimization in control design, taking into account the network problem, is conducive to the overall performance of the system optimization. Therefore, this project focused on resource constrained networked control system design, the main contents include: ( 1) in combination with network constraints ( time delay, packet loss, jitter ) factors, put forward a kind of brand-new A-SOD scheduling strategy, focusing on the design of adaptive threshold adjustment function, make full use of cyber source. ( 2) the combination of the above factors, using delay pulse theory to build the system model and carries on the strict dynamic analysis, get less conservative stability criterion. ( 3) consider the comprehensive performance index, collaborative design controller, in performance analysis based on the optimization of system parameter configuration. This project to improve networked control system research system has important theoretical significance

网络化控制系统的研究综合控制论、信息论和计算机科学，是当今国际控制领域的前沿课题之一。尽管网络化控制系统已有许多研究成果，但这些研究一般是将控制器设计与调度策略设计分开考虑，没有能够将二者有机结合，因而无法保证系统的总体性能。协同设计将网络运行性能、带宽资源限制等更多的网络因素融入控制设计和性能优化中，在控制设计的同时考虑网络实现的问题，有利于系统的总体性能优化。为此，本项目重点研究资源受限网络化控制系统协同设计方法，主要内容包括：（1）结合网络约束（时延、丢包、抖动等）因素，提出一种全新的A-SOD调度策略，重点设计阈值调整自适应函数，充分利用网络资源。（2）结合上述因素，运用时滞脉冲理论建立系统模型并对其进行严格的动力学分析，获得保守性小的稳定性判据。（3）考虑综合性能指标，协同设计控制器，在性能分析的基础上优化系统参数配置。本项目对于完善网络化控制系统研究体系具有重要的理论意义。

网络化控制系统（NCSs）的协同设计是对系统控制和通信问题进行的综合考虑，充分体现了NCSs一体化设计需求。本课题通过结合控制科学、计算机网络及通信技术，对资源受限NCSs的模型建立、稳定性分析、控制器设计等问题进行了初步研究。首先，通过运用层次时间颜色 Petri 网（HTCPN）对以PLC为控制器的NCSs进行结构保留形式建模，验证了 HTCPN模型与隐马尔科夫模型（HMM）的等效性；其次，针对具有时变时延的NCSs，以改进的 Jensen 不等式、 Wirtinger 型双重积分不等式为基础，得到保守性更低的时滞相关稳定判据；进一步通过将调度策略转化为对系统的非线性影响，结合鲁棒自适应控制方法设计了控制器，运用锥补线性化方法给出了控制器参数的参数化表达。结果显示，在综合考虑网络因素影响的前提下，系统分析所获得结论的保守性更低，控制器能更为有效地保证系统的平稳运行。综合上述结果，本研究为探讨NCSs的协同设计机制奠定了坚实的工作基础。同时对于理解网络因素与系统性能之间的关系提供了重要的启示性线索。项目资助发表SCI论文6篇，EI论文4篇。培养硕士生5名，其中1名已经取得硕士学位，4名在读。项目投入经费25万元，支出14.4902万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费10.5098万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。