本文關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中調(diào)度策略的設(shè)計與延時的處理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為處理空間分布的大尺寸被控對象和遠程的被控對象,我們可以利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)控制系統(tǒng)中各單元之間的信號傳輸。由于網(wǎng)絡(luò)的引入,擺脫了傳統(tǒng)點對點控制在處理這些被控對象時所遇到的布線復(fù)雜的困境,帶來了諸如結(jié)構(gòu)簡單,維護方便,可靠性高等優(yōu)點;但也會帶來一些不利影響。本文研究網(wǎng)絡(luò)引起的通信約束和延時對控制問題的影響。通信約束是指網(wǎng)絡(luò)的通信資源有限,可能無法傳輸所有節(jié)點需要傳輸?shù)男畔�。本文一方面通過設(shè)計合理的調(diào)度策略,包括指定傳輸信息的時刻以及選擇在傳輸時刻發(fā)送信息的節(jié)點,來滿足這一約束條件。另一方面,本文還采用了基于模型的結(jié)構(gòu)來減少占用網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的時間。延時在網(wǎng)絡(luò)中是普遍存在的,形成的原因包括節(jié)點的驅(qū)動時序,等待發(fā)送信息所消耗的時間,傳輸所消耗的時間等。針對通信約束,本文討論了調(diào)度策略的設(shè)計;針對延時,本文討論了對傳統(tǒng)的Lyapunov-Krasovskii泛函的一種改進方法。主要內(nèi)容如下。首先,討論了一族系統(tǒng)在通信約束下抑制最大狀態(tài)至調(diào)度策略的設(shè)計。每個系統(tǒng)的控制器和被控對象通過網(wǎng)絡(luò)相連。網(wǎng)絡(luò)被建模成一組表示回路開閉的二值開關(guān)。由于通信約束的作用,任何時候只能有一個開關(guān)保持閉合,亦即只能有一個系統(tǒng)保持閉環(huán)。為了選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)保持閉環(huán),本文討論了抑制最大狀態(tài)至調(diào)度策略,這種調(diào)度策略選擇狀態(tài)最大的系統(tǒng)保持閉環(huán)。為了刻畫狀態(tài)的大小,使用的是其范數(shù)。已有結(jié)論是基于狀態(tài)的加權(quán)范數(shù)。本文研究了抑制最大狀態(tài)至調(diào)度策略基于狀態(tài)的任意范數(shù)的情況。雖然在討論漸近穩(wěn)定性時,采用不同的范數(shù)是等價的,但是根據(jù)不同范數(shù)所計算出來的調(diào)度策略是不同的。第二,討論了時間觸發(fā)模式下的最大誤差優(yōu)先調(diào)度策略的設(shè)計。這里,所有的節(jié)點在某些待指定的離散時刻通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息。發(fā)送的信息用零階保持器保持,直到下次更新。各個節(jié)點的誤差被定義為該節(jié)點當(dāng)前實際的狀態(tài)值和上次該節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的狀態(tài)值之間的差值。在發(fā)送時刻選擇誤差最大的節(jié)點優(yōu)先發(fā)送信息,其他節(jié)點的信息則要等待下一個發(fā)送時刻來確定是否進行發(fā)送。對發(fā)送時刻的確定使用了一種時間觸發(fā)的方式。發(fā)送時刻之間的間隔越長,表示通信開銷越小。因此發(fā)送時刻的最大間隔是一個重要的待設(shè)計參數(shù)。本文在已有結(jié)論的基礎(chǔ)上,給出了保證系統(tǒng)穩(wěn)定的最大間隔的更好的估計,并通過仿真驗證了結(jié)論的優(yōu)越性。第三,討論了事件觸發(fā)模式下的調(diào)度策略的設(shè)計。為減少網(wǎng)絡(luò)通信,同時在控制器端引入一個模型來對被控對象的狀態(tài)進行估計,這個估計所得到的狀態(tài)代替被控對象真實的狀態(tài)被用來計算控制信號。僅在離散的時刻點,模型的狀態(tài)通過由網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的被控對象的狀態(tài)進行更新。這些離散的時刻點由事件觸發(fā)的方式?jīng)Q定,即當(dāng)模型的狀態(tài)與被控對象的狀態(tài)之間的誤差大于某一個指定的水平時,進行更新。本文討論了一族掛載在網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)的同時穩(wěn)定問題。在通信約束下,針對用于更新的被控對象的狀態(tài)值不能完全傳到模型的情況,給出了觸發(fā)事件的描述,并討論在這種框架下系統(tǒng)保持穩(wěn)定的條件。第四,討論了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中延時的處理。討論的是一個經(jīng)典的兩個倒立擺通過一根彈簧耦合的系統(tǒng),這是分布式控制技術(shù)中的一個典型的實驗對象。本文分析了此系統(tǒng)的穩(wěn)定性及H∞性能,并給出控制器設(shè)計的方案。所使用的工具是Lyapunov-Krasovskii泛函。在計算此泛函對時間的導(dǎo)數(shù)時,會出現(xiàn)一些二次積分項,為保證負定性,需要對其進行估計。本文使用配方法進行這種估計,并將此方法與Jessen不等式方法進行了比較。
【關(guān)鍵詞】：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 通信約束 調(diào)度策略 基于模型的結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)延時
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-33
• 1.1 課題的背景及意義14-19
• 1.1.1 分布式控制理論的發(fā)展14-17
• 1.1.2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能傳感器技術(shù)的興起17-19
• 1.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本問題19-23
• 1.2.1 延時19-20
• 1.2.2 通信約束20-21
• 1.2.3 丟包和錯序21-22
• 1.2.4 量化誤差22
• 1.2.5 變采樣傳輸間隔22-23
• 1.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀23-30
• 1.3.1 調(diào)度策略23-27
• 1.3.2 基于模型的結(jié)構(gòu)27-29
• 1.3.3 網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時29-30
• 1.4 本文的主要內(nèi)容30-33
• 第2章 受限通信媒介下的CLS- 調(diào)度策略的設(shè)計33-44
• 2.1 引言33-34
• 2.2 問題的提出34-36
• 2.3 CLS- 調(diào)度策略36-40
• 2.3.1 標量系統(tǒng)37-39
• 2.3.2 多變量系統(tǒng)39-40
• 2.4 算例40-43
• 2.5 小結(jié)43-44
• 第3章 時間觸發(fā)模式下的MEF調(diào)度策略的設(shè)計44-65
• 3.1 引言44-45
• 3.2 問題的提出45-50
• 3.3 時間觸發(fā)模式下的MEF調(diào)度策略50-52
• 3.4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的Lp特性52-56
• 3.5 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性56-58
• 3.6 算例58-63
• 3.6.1 批反應(yīng)器59-61
• 3.6.2 自動蒸汽渦輪機61-63
• 3.7 小結(jié)63-65
• 第4章 事件觸發(fā)模式下調(diào)度策略的設(shè)計65-94
• 4.1 引言65-66
• 4.2 問題的提出66-69
• 4.3 MEF調(diào)度策略69-72
• 4.4 傳輸時刻分析72-75
• 4.4.1 傳輸間隔的下界72-75
• 4.4.2 關(guān)于初值的討論75
• 4.5 互聯(lián)系統(tǒng)中的調(diào)度策略描述75-76
• 4.6 調(diào)度策略的設(shè)計76-85
• 4.7 算例85-90
• 4.7.1 空間站85-87
• 4.7.2 互聯(lián)系統(tǒng)87-90
• 4.8 小結(jié)90-94
• 第5章 延時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析94-112
• 5.1 引言94-95
• 5.2 問題的提出95-100
• 5.2.1 未網(wǎng)絡(luò)化的初始系統(tǒng)95-98
• 5.2.2 網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)98-100
• 5.3 穩(wěn)定性分析100-103
• 5.4 H_∞ 性能分析及H_∞控制器設(shè)計103-107
• 5.5 算例107-108
• 5.6 小結(jié)108-112
• 結(jié)論112-114
• 參考文獻114-125
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果125-127
• 致謝127-128
• 個人簡歷128

  本文關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中調(diào)度策略的設(shè)計與延時的處理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：369359