【摘要】：隨著計(jì)算、傳感和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中安裝及維護(hù)成本高、拓展性差等局限性,成為了網(wǎng)絡(luò)化工程應(yīng)用中的發(fā)展潮流。由于被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)規(guī)模不斷擴(kuò)大,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)器件(如傳感器、控制器、執(zhí)行器)根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的協(xié)作式協(xié)議借助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)相互交換數(shù)據(jù)信息,才能高效地完成對(duì)被控對(duì)象的泛在感知與協(xié)同控制的任務(wù)。這種協(xié)同控制協(xié)議使得物理過(guò)程、信息處理與通信相互融合,從而提高了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的控制性能、效率及可靠性。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的采用,增加了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的控制方式靈活性;但無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性影響數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性,另一方面大量的無(wú)線通信業(yè)務(wù)容易使得有限的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)資源耗盡。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性和有限的通信信道資源,成為了影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)工作性能的主要因素。因此,如何設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的協(xié)同算法成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的協(xié)同算法為研究對(duì)象,分別從網(wǎng)絡(luò)器件特性、通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞确矫娣謩e考慮無(wú)線網(wǎng)絡(luò)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(wèn)題。本文的主要研究工作有以下幾個(gè)方面:一、針對(duì)具有非線性約束的控制器,研究了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的分布式協(xié)同控制問(wèn)題。針對(duì)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(duì)穩(wěn)定性理論,將非線性控制器的分布式協(xié)同控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為關(guān)于閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的凸優(yōu)化問(wèn)題。理論分析證明,通過(guò)提出的分布式協(xié)同控制算法可以鎮(zhèn)定網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。二、針對(duì)信息物理融合系統(tǒng)中的協(xié)同控制問(wèn)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(guò)程系統(tǒng)中固定不變的耦合關(guān)系,利用控制網(wǎng)絡(luò)中信息通信的靈活性通過(guò)考慮控制器通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜?出度特性適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)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(luò)中資源的分布合理地設(shè)計(jì)控制算法,充分利用網(wǎng)絡(luò)中的控制資源。三、針對(duì)數(shù)據(jù)入侵攻擊下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出了基于事件觸發(fā)機(jī)制的有限時(shí)間一致性濾波算法。通過(guò)引入事件觸發(fā)機(jī)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(shí)間一致性濾波算法。理論分析證明,通過(guò)所提出的有限時(shí)間一致性濾波算法無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能在有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到一致性,同時(shí)消耗較小的網(wǎng)絡(luò)通信資源。四、針對(duì)基于中繼節(jié)點(diǎn)的傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)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(luò)中的控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為同構(gòu)系統(tǒng)中的閉環(huán)穩(wěn)定性問(wèn)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(diǎn)的傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)的傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、針對(duì)異構(gòu)多智能體系統(tǒng)提出了基于事件觸發(fā)機(jī)制的一致性控制算法,以減少數(shù)據(jù)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信資源的占用。分別針對(duì)兩種不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)考慮了異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的一致性問(wèn)題:1)在固定不變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?借助于事件觸發(fā)時(shí)刻的鄰居數(shù)據(jù)信息和開(kāi)環(huán)估計(jì)與實(shí)際狀態(tài)的差值,提出了基于事件觸發(fā)機(jī)制的分布式一致性控制算法。2)對(duì)于時(shí)變切換的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?借助依賴網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞鸟v留時(shí)間設(shè)計(jì)了基于事件觸發(fā)機(jī)制的分布式一致性控制算法。由于采用了基于估計(jì)的觸發(fā)條件,所設(shè)計(jì)的一致性控制算法能有效延長(zhǎng)事件觸發(fā)的釋放時(shí)間,減少事件觸發(fā)次數(shù)。六、針對(duì)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(jī)制下的非脆弱性控制算法,這種混合觸發(fā)機(jī)制是由時(shí)間驅(qū)動(dòng)機(jī)制下周期采樣和基于事件觸發(fā)機(jī)制組成。在這種混合觸發(fā)機(jī)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(jī)制、執(zhí)行器故障率保證網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273
【圖文】：

傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)[11-13]以及控制網(wǎng)絡(luò)[14]三種網(wǎng)絡(luò)；從通信傳輸媒介的分類控制系統(tǒng)的鏈接方式有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的有線專用網(wǎng)絡(luò)以及共享性開(kāi)放性的無(wú)線通據(jù)信息的處理方式來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理[3, 11, 15]；集中式處理控制的初級(jí)階段，采取集中式數(shù)據(jù)處理方式的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)需要一個(gè)數(shù)系統(tǒng)中所有收集到的數(shù)據(jù)集中進(jìn)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(gè)的數(shù)據(jù)匯聚中心各自獨(dú)立地對(duì)局部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳感器根據(jù)自身局部的測(cè)量數(shù)據(jù)獨(dú)自進(jìn)行估計(jì)和濾波記算）。與分散式處分布式處理方式允許網(wǎng)絡(luò)功能器件與其他網(wǎng)絡(luò)功能器件借助通信網(wǎng)絡(luò)相互別是允許控制器間的數(shù)據(jù)信息交換），進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理及計(jì)算[3, 1

第一章 緒論于互不相同的頂點(diǎn)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(qiáng)路徑W。若對(duì)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(gè)頂點(diǎn)沒(méi)有父頂點(diǎn)，且從該頂點(diǎn)均存在唯一有向強(qiáng)路徑生成樹(shù)。如果 中含有的一顆有向樹(shù)且頂點(diǎn)集合與 的頂點(diǎn)集合相同，則稱有向生成樹(shù)。 通性是圖的一個(gè)重要的概念[158]。若圖中任意兩點(diǎn)之間均存在有向邊，稱該的。若圖中任意兩點(diǎn)均存在強(qiáng)（弱）路徑，則稱該圖是強(qiáng)（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(luò)的資源及計(jì)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(jī)制的非脆弱性控制定性理論，給出了非線性網(wǎng)絡(luò)了所提算法的有效性。文的研究進(jìn)行了總結(jié)，并給出文的脈絡(luò)，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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2804265