本文關(guān)鍵詞：移動(dòng)傳感網(wǎng)的一致性控制研究與應(yīng)用　出處：《大連海事大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：一致性問(wèn)題是移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的基本問(wèn)題之一,根據(jù)系統(tǒng)中是否含有領(lǐng)導(dǎo)者,此問(wèn)題可以分為兩類(lèi)：無(wú)領(lǐng)導(dǎo)者的一致性問(wèn)題和帶有領(lǐng)導(dǎo)者一致性／分布式跟蹤問(wèn)題。由于為移動(dòng)傳感網(wǎng)供能的電池的容量十分有限,在危險(xiǎn)或敵對(duì)環(huán)境中,不方便充電或者更換。因此,如何通過(guò)節(jié)約能源消耗來(lái)延長(zhǎng)電池的使用壽命是傳感器研究領(lǐng)域的重要問(wèn)題之一。另外,由于客觀因素(鏈路失敗,丟包,設(shè)備故障和環(huán)境等)的影響或者主觀限制通信來(lái)節(jié)約能耗,通信受限也是移動(dòng)傳感網(wǎng)研究中的另一個(gè)重要問(wèn)題,它將會(huì)直接影響系統(tǒng)的控制性能和能耗。在對(duì)相關(guān)課題背景及已有研究成果進(jìn)行分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上,本文完成了以下的研究?jī)?nèi)容：1.針對(duì)移動(dòng)傳感網(wǎng)一致性問(wèn)題,引入了移動(dòng)能耗和通信能耗模型。根據(jù)此模型,分兩步給出了可以確保系統(tǒng)全局一致性的最小能耗次優(yōu)解決方法。第一步,通過(guò)求解LQR問(wèn)題,獲得局部控制器增益；第二步,利用凸優(yōu)化技術(shù)得到網(wǎng)絡(luò)控制器增益和最小的能耗。然后將所得結(jié)果擴(kuò)展到有/無(wú)時(shí)延的編隊(duì)控制問(wèn)題。2.為了減少控制器更新次數(shù),節(jié)約能耗,通過(guò)引進(jìn)事件觸發(fā)機(jī)制來(lái)決定何時(shí)執(zhí)行控制器更新。在該事件觸發(fā)機(jī)制下提出的一致性控制協(xié)議,解決了移動(dòng)傳感網(wǎng)系統(tǒng)的保性能一致性問(wèn)題,其中引入的能耗函數(shù)包括通訊能耗和控制輸入能耗,并將此作為能耗的性能估量。同時(shí),給出了最小化能耗上界算法,通過(guò)該算法,可以計(jì)算出控制器增益和事件觸發(fā)權(quán)重矩陣。3.針對(duì)馬爾科夫切換拓?fù)涞囊苿?dòng)傳感網(wǎng),引入拓?fù)湎嚓P(guān)的能耗模型來(lái)處理一致性問(wèn)題。通過(guò)狀態(tài)變換,將一致性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為馬爾科夫跳躍系統(tǒng)的保性能穩(wěn)定性問(wèn)題。在分析馬爾科夫跳躍系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定性背景下,得到全局均方一致性充分條件。繼而給出能夠同時(shí)計(jì)算出次優(yōu)一致性控制器增益和次小能耗上界算法。最后,將所得結(jié)果推廣到馬爾科夫鏈初始狀態(tài)和轉(zhuǎn)移概率部分未知的情況下的一致性研究中。4.針對(duì)移動(dòng)傳感網(wǎng)中含有領(lǐng)導(dǎo)者的一致性問(wèn)題,考慮非周期間歇通信的限制,根據(jù)間歇性的鄰居傳感器間相對(duì)狀態(tài)信息,提出一致性控制協(xié)議。應(yīng)用圖論,非光滑分析和切換系統(tǒng)方法,得到領(lǐng)隊(duì)跟隨一致性的充分條件。進(jìn)一步,給出可以同時(shí)得到控制器增益和最小允許通信率的設(shè)計(jì)方法。5.針對(duì)一致性重要應(yīng)用之一的車(chē)隊(duì)控制問(wèn)題,考慮“車(chē)隊(duì)車(chē)”通信的間隙性限制,根據(jù)從最近鄰居得到間歇的相對(duì)信息,提出一種新穎的不對(duì)稱(chēng)的車(chē)隊(duì)控制律,其中權(quán)重可以沿著車(chē)隊(duì)而異。通過(guò)狀態(tài)變換,車(chē)隊(duì)控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為在領(lǐng)隊(duì)跟隨框架下的一致性問(wèn)題。通過(guò)圖論,非光滑分析和平均系統(tǒng)方法,可以得到車(chē)隊(duì)協(xié)同跟蹤充分條件。根據(jù)數(shù)列收斂特性,得到寬松的串穩(wěn)定條件。通過(guò)協(xié)同跟蹤的充分條件和寬松串穩(wěn)定條件,給出車(chē)隊(duì)控制算法。最后通過(guò)數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的Arduino小車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了車(chē)隊(duì)算法的正確性。6.針對(duì)存在多重?cái)_動(dòng)情況下的異構(gòu)車(chē)隊(duì)有限時(shí)間控制問(wèn)題,根據(jù)雙向通信的鄰居車(chē)輛信息,為每個(gè)跟隨車(chē)輛選擇滑模面,然后根據(jù)相鄰車(chē)輛滑模面的線性組合設(shè)計(jì)耦合滑模面。通過(guò)為耦合滑模面構(gòu)造適當(dāng)?shù)睦顏喥罩Z函數(shù),進(jìn)而求得基于有限時(shí)間的魯棒車(chē)隊(duì)控制器。通過(guò)選取適當(dāng)?shù)鸟詈匣Ｃ鎱?shù),可以得到串穩(wěn)定條件。最后通過(guò)仿真算例驗(yàn)證車(chē)隊(duì)算法的有效性。
[Abstract]:This paper presents a method of minimizing energy consumption by solving LQR problem . Non - smooth analysis and mean system method can get sufficient conditions for fleet cooperation tracking . Based on the convergence characteristics of several columns , a loose string stability condition is obtained . Based on the sufficient condition of co - tracking and the stable condition of loose string , the correctness of the fleet algorithm is given . Finally , according to the two - way communication ' s neighbor vehicle information , a robust motorcade controller based on finite time is designed . By selecting proper coupling sliding mode surface parameters , the stability condition can be obtained . Finally , the effectiveness of the algorithm is verified by simulation example .

【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 李瑩瑩;基于移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)能目標(biāo)跟蹤研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：1368709