移动传感网的一致性控制研究与应用

发布时间：2018-01-02 09:54

本文关键词：移动传感网的一致性控制研究与应用　出处：《大连海事大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：一致性问题是移动传感器网络研究的基本问题之一,根据系统中是否含有领导者,此问题可以分为两类：无领导者的一致性问题和带有领导者一致性／分布式跟踪问题。由于为移动传感网供能的电池的容量十分有限,在危险或敌对环境中,不方便充电或者更换。因此,如何通过节约能源消耗来延长电池的使用寿命是传感器研究领域的重要问题之一。另外,由于客观因素(链路失败,丢包,设备故障和环境等)的影响或者主观限制通信来节约能耗,通信受限也是移动传感网研究中的另一个重要问题,它将会直接影响系统的控制性能和能耗。在对相关课题背景及已有研究成果进行分析和总结的基础上,本文完成了以下的研究内容：1.针对移动传感网一致性问题,引入了移动能耗和通信能耗模型。根据此模型,分两步给出了可以确保系统全局一致性的最小能耗次优解决方法。第一步,通过求解LQR问题,获得局部控制器增益；第二步,利用凸优化技术得到网络控制器增益和最小的能耗。然后将所得结果扩展到有/无时延的编队控制问题。2.为了减少控制器更新次数,节约能耗,通过引进事件触发机制来决定何时执行控制器更新。在该事件触发机制下提出的一致性控制协议,解决了移动传感网系统的保性能一致性问题,其中引入的能耗函数包括通讯能耗和控制输入能耗,并将此作为能耗的性能估量。同时,给出了最小化能耗上界算法,通过该算法,可以计算出控制器增益和事件触发权重矩阵。3.针对马尔科夫切换拓扑的移动传感网,引入拓扑相关的能耗模型来处理一致性问题。通过状态变换,将一致性问题转化为马尔科夫跳跃系统的保性能稳定性问题。在分析马尔科夫跳跃系统随机稳定性背景下,得到全局均方一致性充分条件。继而给出能够同时计算出次优一致性控制器增益和次小能耗上界算法。最后,将所得结果推广到马尔科夫链初始状态和转移概率部分未知的情况下的一致性研究中。4.针对移动传感网中含有领导者的一致性问题,考虑非周期间歇通信的限制,根据间歇性的邻居传感器间相对状态信息,提出一致性控制协议。应用图论,非光滑分析和切换系统方法,得到领队跟随一致性的充分条件。进一步,给出可以同时得到控制器增益和最小允许通信率的设计方法。5.针对一致性重要应用之一的车队控制问题,考虑“车队车”通信的间隙性限制,根据从最近邻居得到间歇的相对信息,提出一种新颖的不对称的车队控制律,其中权重可以沿着车队而异。通过状态变换,车队控制问题转化为在领队跟随框架下的一致性问题。通过图论,非光滑分析和平均系统方法,可以得到车队协同跟踪充分条件。根据数列收敛特性,得到宽松的串稳定条件。通过协同跟踪的充分条件和宽松串稳定条件,给出车队控制算法。最后通过数值仿真和实验室规模的Arduino小车实验验证了车队算法的正确性。6.针对存在多重扰动情况下的异构车队有限时间控制问题,根据双向通信的邻居车辆信息,为每个跟随车辆选择滑模面,然后根据相邻车辆滑模面的线性组合设计耦合滑模面。通过为耦合滑模面构造适当的李亚普诺函数,进而求得基于有限时间的鲁棒车队控制器。通过选取适当的耦合滑模面参数,可以得到串稳定条件。最后通过仿真算例验证车队算法的有效性。
[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 .

【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5

【参考文献】