【摘要】：隨著計算、傳感和無線通信技術(shù)的發(fā)展,無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)中安裝及維護成本高、拓展性差等局限性,成為了網(wǎng)絡化工程應用中的發(fā)展潮流。由于被控對象的結(jié)構(gòu)規(guī)模不斷擴大,無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)中的各個網(wǎng)絡器件(如傳感器、控制器、執(zhí)行器)根據(jù)預先設計的協(xié)作式協(xié)議借助無線通信網(wǎng)絡相互交換數(shù)據(jù)信息,才能高效地完成對被控對象的泛在感知與協(xié)同控制的任務。這種協(xié)同控制協(xié)議使得物理過程、信息處理與通信相互融合,從而提高了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的控制性能、效率及可靠性。無線通信網(wǎng)絡的采用,增加了無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的控制方式靈活性;但無線通信網(wǎng)絡的開放性影響數(shù)據(jù)信息的準確性,另一方面大量的無線通信業(yè)務容易使得有限的無線通信網(wǎng)絡資源耗盡。無線通信網(wǎng)絡的開放性和有限的通信信道資源,成為了影響無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)工作性能的主要因素。因此,如何設計網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的協(xié)同算法成為無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。本文以無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的協(xié)同算法為研究對象,分別從網(wǎng)絡器件特性、通信網(wǎng)絡拓撲等方面分別考慮無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)中傳感器、控制器和執(zhí)行器的協(xié)同控制問題。本文的主要研究工作有以下幾個方面:一、針對具有非線性約束的控制器,研究了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的分布式協(xié)同控制問題。針對控制器中的非線性約束,利用Lyapunov穩(wěn)定性理論及Lurie系統(tǒng)絕對穩(wěn)定性理論,將非線性控制器的分布式協(xié)同控制問題轉(zhuǎn)化為關(guān)于閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的凸優(yōu)化問題。理論分析證明,通過提出的分布式協(xié)同控制算法可以鎮(zhèn)定網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)。二、針對信息物理融合系統(tǒng)中的協(xié)同控制問題,提出了線性控制器的分布式采樣控制算法。根據(jù)物理過程系統(tǒng)中固定不變的耦合關(guān)系,利用控制網(wǎng)絡中信息通信的靈活性通過考慮控制器通信網(wǎng)絡拓撲的入/出度特性適當?shù)脑O計分布式采樣控制算法。該分布式采樣控制算法能根據(jù)控制網(wǎng)絡中資源的分布合理地設計控制算法,充分利用網(wǎng)絡中的控制資源。三、針對數(shù)據(jù)入侵攻擊下無線傳感器網(wǎng)絡提出了基于事件觸發(fā)機制的有限時間一致性濾波算法。通過引入事件觸發(fā)機制和具有數(shù)據(jù)丟包的數(shù)據(jù)入侵攻擊模型,給出了有限時間一致性濾波算法。理論分析證明,通過所提出的有限時間一致性濾波算法無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)能在有限時間內(nèi)達到一致性,同時消耗較小的網(wǎng)絡通信資源。四、針對基于中繼節(jié)點的傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡系統(tǒng)研究了分布式協(xié)同控制算法。借助代數(shù)圖論把異構(gòu)性網(wǎng)絡中的控制問題轉(zhuǎn)化為同構(gòu)系統(tǒng)中的閉環(huán)穩(wěn)定性問題。利用代數(shù)圖論與Lyapunov穩(wěn)定性理論,給出了基于中繼節(jié)點的傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡的分布式協(xié)同控制算法。理論分析證明,新提出的協(xié)同控制算法可以保證基于中繼節(jié)點的傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、針對異構(gòu)多智能體系統(tǒng)提出了基于事件觸發(fā)機制的一致性控制算法,以減少數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡通信資源的占用。分別針對兩種不同的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)考慮了異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的一致性問題:1)在固定不變的網(wǎng)絡拓撲中,借助于事件觸發(fā)時刻的鄰居數(shù)據(jù)信息和開環(huán)估計與實際狀態(tài)的差值,提出了基于事件觸發(fā)機制的分布式一致性控制算法。2)對于時變切換的網(wǎng)絡拓撲,借助依賴網(wǎng)絡拓撲的駐留時間設計了基于事件觸發(fā)機制的分布式一致性控制算法。由于采用了基于估計的觸發(fā)條件,所設計的一致性控制算法能有效延長事件觸發(fā)的釋放時間,減少事件觸發(fā)次數(shù)。六、針對控制器的不確定性以及執(zhí)行器的故障率,提出了一種混合觸發(fā)機制下的非脆弱性控制算法,這種混合觸發(fā)機制是由時間驅(qū)動機制下周期采樣和基于事件觸發(fā)機制組成。在這種混合觸發(fā)機制下,利用Lyapunov-Krasovoskii泛函和輸入延遲法給出了非脆弱性控制算法。仿真結(jié)果表明:所提出的非脆弱性控制算法能根據(jù)不同條件下的觸發(fā)機制、執(zhí)行器故障率保證網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP273
【圖文】：

傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡[11-13]以及控制網(wǎng)絡[14]三種網(wǎng)絡；從通信傳輸媒介的分類控制系統(tǒng)的鏈接方式有點對點的有線專用網(wǎng)絡以及共享性開放性的無線通據(jù)信息的處理方式來看，網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)經(jīng)歷了集中式處理、分散式處理更小的分布式處理三種處理方式[3]，如圖 1-1 所示。在集中式處理方式和式中，系統(tǒng)都需要數(shù)據(jù)匯聚中心進行數(shù)據(jù)信息的處理[3, 11, 15]；集中式處理控制的初級階段，采取集中式數(shù)據(jù)處理方式的網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)需要一個數(shù)系統(tǒng)中所有收集到的數(shù)據(jù)集中進行處理[11]；而在分散式數(shù)據(jù)處理方式的網(wǎng)中，系統(tǒng)中可能存在多個的數(shù)據(jù)匯聚中心各自獨立地對局部數(shù)據(jù)信息進行傳感器根據(jù)自身局部的測量數(shù)據(jù)獨自進行估計和濾波記算）。與分散式處分布式處理方式允許網(wǎng)絡功能器件與其他網(wǎng)絡功能器件借助通信網(wǎng)絡相互別是允許控制器間的數(shù)據(jù)信息交換），進而對數(shù)據(jù)信息進行處理及計算[3, 1

第一章 緒論于互不相同的頂點集合1 2{ , , , }n v v v，具有如下形式1 2 2 3 1( , ),( , ), ,( n v v v v v 邊集合稱為有向圖 的強路徑W。若對于任意的 2 k n，有1( , )k kv v 1) ，則稱 W 為弱路徑。 果有向圖中只有一個頂點沒有父頂點，且從該頂點均存在唯一有向強路徑生成樹。如果 中含有的一顆有向樹且頂點集合與 的頂點集合相同，則稱有向生成樹。 通性是圖的一個重要的概念[158]。若圖中任意兩點之間均存在有向邊，稱該的。若圖中任意兩點均存在強（弱）路徑，則稱該圖是強（弱）連通。不連不是弱連通的圖。

/二階混合多智能體系統(tǒng)不同，節(jié)約通信網(wǎng)絡的資源及計算資式一致性控制算法相比，所提異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的一致性，控制系統(tǒng)中控制器的結(jié)構(gòu)不確觸發(fā)機制的非脆弱性控制定性理論，給出了非線性網(wǎng)絡了所提算法的有效性。文的研究進行了總結(jié)，并給出文的脈絡，下面給出不同研究類，本文的結(jié)構(gòu)框圖如圖 1-3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 景博;周偉;黃以鋒;湯巍;焦曉璇;;信息物理融合系統(tǒng)及其應用[J];空軍工程大學學報(自然科學版);2014年02期

2 呂紅芳;張浩;;協(xié)作中繼網(wǎng)絡資源分配控制算法研究[J];儀器儀表學報;2014年04期

3 朱善迎;陳彩蓮;關(guān)新平;;Consensus protocol for heterogeneous multi-agent systems: A Markov chain approach[J];Chinese Physics B;2013年01期

4 張強;張紀峰;;基于馬爾科夫拓撲切換和隨機通信干擾的連續(xù)時間多自主體系統(tǒng)的趨同控制[J];系統(tǒng)科學與數(shù)學;2011年09期

5 李文峰;邵震洪;沈連豐;;分簇無線傳感器網(wǎng)絡中提高網(wǎng)絡連通性的協(xié)作算法(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2011年01期

6 王曉麗;洪奕光;;多智能體系統(tǒng)分布式控制的研究新進展[J];復雜系統(tǒng)與復雜性科學;2010年Z1期

7 李方敏;徐文君;劉新華;胡四泉;;無線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡中能量有效的實時分簇路由協(xié)議[J];計算機研究與發(fā)展;2008年01期

相關(guān)博士學位論文 前4條

1 昝杰;多自主移動機器人協(xié)作的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];長安大學;2014年

2 任雯;無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的分布式估計與控制[D];華南理工大學;2014年

3 朱善迎;基于協(xié)同策略的工業(yè)無線網(wǎng)絡分布式估計問題研究[D];上海交通大學;2013年

4 曹向輝;無線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)與算法研究[D];浙江大學;2011年

本文編號：2804265