發(fā)布時間：2018-01-02 09:54

  本文關鍵詞：移動傳感網的一致性控制研究與應用　出處：《大連海事大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 移動傳感網 一致性 移動能耗 通信能耗 間歇性通信 車隊控制

【摘要】：一致性問題是移動傳感器網絡研究的基本問題之一,根據系統(tǒng)中是否含有領導者,此問題可以分為兩類：無領導者的一致性問題和帶有領導者一致性／分布式跟蹤問題。由于為移動傳感網供能的電池的容量十分有限,在危險或敵對環(huán)境中,不方便充電或者更換。因此,如何通過節(jié)約能源消耗來延長電池的使用壽命是傳感器研究領域的重要問題之一。另外,由于客觀因素(鏈路失敗,丟包,設備故障和環(huán)境等)的影響或者主觀限制通信來節(jié)約能耗,通信受限也是移動傳感網研究中的另一個重要問題,它將會直接影響系統(tǒng)的控制性能和能耗。在對相關課題背景及已有研究成果進行分析和總結的基礎上,本文完成了以下的研究內容：1.針對移動傳感網一致性問題,引入了移動能耗和通信能耗模型。根據此模型,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,通過求解LQR問題,獲得局部控制器增益；第二步,利用凸優(yōu)化技術得到網絡控制器增益和最小的能耗。然后將所得結果擴展到有/無時延的編隊控制問題。2.為了減少控制器更新次數(shù),節(jié)約能耗,通過引進事件觸發(fā)機制來決定何時執(zhí)行控制器更新。在該事件觸發(fā)機制下提出的一致性控制協(xié)議,解決了移動傳感網系統(tǒng)的保性能一致性問題,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,給出了最小化能耗上界算法,通過該算法,可以計算出控制器增益和事件觸發(fā)權重矩陣。3.針對馬爾科夫切換拓撲的移動傳感網,引入拓撲相關的能耗模型來處理一致性問題。通過狀態(tài)變換,將一致性問題轉化為馬爾科夫跳躍系統(tǒng)的保性能穩(wěn)定性問題。在分析馬爾科夫跳躍系統(tǒng)隨機穩(wěn)定性背景下,得到全局均方一致性充分條件。繼而給出能夠同時計算出次優(yōu)一致性控制器增益和次小能耗上界算法。最后,將所得結果推廣到馬爾科夫鏈初始狀態(tài)和轉移概率部分未知的情況下的一致性研究中。4.針對移動傳感網中含有領導者的一致性問題,考慮非周期間歇通信的限制,根據間歇性的鄰居傳感器間相對狀態(tài)信息,提出一致性控制協(xié)議。應用圖論,非光滑分析和切換系統(tǒng)方法,得到領隊跟隨一致性的充分條件。進一步,給出可以同時得到控制器增益和最小允許通信率的設計方法。5.針對一致性重要應用之一的車隊控制問題,考慮“車隊車”通信的間隙性限制,根據從最近鄰居得到間歇的相對信息,提出一種新穎的不對稱的車隊控制律,其中權重可以沿著車隊而異。通過狀態(tài)變換,車隊控制問題轉化為在領隊跟隨框架下的一致性問題。通過圖論,非光滑分析和平均系統(tǒng)方法,可以得到車隊協(xié)同跟蹤充分條件。根據數(shù)列收斂特性,得到寬松的串穩(wěn)定條件。通過協(xié)同跟蹤的充分條件和寬松串穩(wěn)定條件,給出車隊控制算法。最后通過數(shù)值仿真和實驗室規(guī)模的Arduino小車實驗驗證了車隊算法的正確性。6.針對存在多重擾動情況下的異構車隊有限時間控制問題,根據雙向通信的鄰居車輛信息,為每個跟隨車輛選擇滑模面,然后根據相鄰車輛滑模面的線性組合設計耦合滑模面。通過為耦合滑模面構造適當?shù)睦顏喥罩Z函數(shù),進而求得基于有限時間的魯棒車隊控制器。通過選取適當?shù)鸟詈匣Ｃ鎱?shù),可以得到串穩(wěn)定條件。最后通過仿真算例驗證車隊算法的有效性。
[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 .

【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 江正仙;崔寶同;樓旭陽;張曉嬌;;基于防碰撞的移動SAN對分布參數(shù)系統(tǒng)的控制[J];控制與決策;2014年12期

相關博士學位論文 前1條

1 李瑩瑩;基于移動傳感器網絡的分布式節(jié)能目標跟蹤研究[D];國防科學技術大學;2008年

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本文編號：1368709