通信受限网络控制系统的动态调度与量化控制协同设计

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近年来,计算机通信网络与自动控制技术的快速发展极大地改变了反馈控制系统的结构,正是在这一背景下,通过共享通信网络交换执行器节点、传感器节点与控制器节点之间信息的网络控制系统(NCS)应运而生。本文针对一类具有通信受限的时延网络控制系统,从通信与控制一体化设计的角度,对其调度策略与量化控制协同设计问题展开研究。本文主要工作如下:  首先,针对具有通信约束和外部扰动的短时延网络控制系统,提出一种复合调度、动态量化器以及鲁棒动态输出控制器协同设计的新方法。复合调度策略可以兼顾网络资源利用率与通信约束的限制,并根据复合调度策略将其建模为带有不确定性参数的离散切换系统,基于切换系统和Lyapunov稳定性理论,给出复合调度策略和量化器以及使闭环系统渐近稳定的鲁棒动态输出控制器一体化设计方法。  其次,针对通讯受限下的由多个被控对象组成的网络控制系统,提出一种新的双重调度策略来兼顾系统控制性能与网络服务质量。首先基于平均驻留时间方法对系统节点调度,然后采用线性规划优化算法在线分配网络带宽,并采用水平-均匀量化器量化系统状态,将系统的状态量化成具有参数不确定项,并将NCS建模成由多个开环和闭环子系统构成的离散切换系统,再根据切换系统理论和平均驻留时间技术设计相应的反馈控制器,使得每一个子系统均指数稳定。  再次,本文针对一类具有通讯约束的延时网络控制系统,提出一种基于依赖动态驻留时间的节点调度与位速率分配形成的双重调度和量化控制协同设计的新方法。该方法基于动态驻留时间和周期调度序列设计节点调度策略,对得到调度的节点采用基于混合量子进化算法进行在线动态位速率分配,分配策略同时兼顾系统控制性能(QoC)和网络资源利用率(QoS)以优化系统整体性能,水平-均匀量化器根据分配的位速率更新量化参数,从而在节点调度与位速率分配形成的双重调度及量化器的作用下将NCS建模为一类带有参数不确定性的离散时间切换系统,然后基于切换系统理论与驻留时间方法设计状态反馈控制器保证闭环系统渐近稳定。  最后,针对所研究的方法利用MATLAB仿真软件中TrueTime与LMI工具箱进行仿真验证,仿真结果表明本文方法是有效可行的。
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