网络化系统调度序列MRBS与控制协同设计方法及应用

发布时间：2017-03-26 19:02

  本文关键词：网络化系统调度序列MRBS与控制协同设计方法及应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通过网络实现对多个子系统的协同控制在实际应用中十分常见,例如,智能交通系统的车辆通信与控制,通过基站对多智能体(机器人,车辆,船舶、飞行器)的编队控制以及无线传感网络对气候、环境的监测。然而由于网络带宽有限或通信能力限制在任意时刻,只允许多个子系统的中的一部分能够同时访问网络,而其它的子系统只能等待。为了保证所有子系统的同时稳定,需要在考虑控制器设计的同时考虑网络的调度策略的设计。通过对协同控制问题的研究现状进行分析,不难发现,当前文献中提出的调度策略均是以数值形式实现的,需要根据系统的可调度条件或稳定性条件通过大量繁琐的计算得到,因此存在计算量大、不易得到可行解以及不灵活的问题。据此,我们将具有解析形式二进制序列MRBS (most regular binary sequence)作为子系统访问网络的调度函数,考虑了其与控制器的协同设计问题,主要的研究工作如下：1.针对由调度序列MRBS引起的子系统非均匀采样特性,给出了能够保证子系统能控/能观的调度序列MRBS(采样序列)应满足的条件。提出了一种由调度序列MRBS产生的采样间隔决定的分段定常的变增益控制器结构,同时,考虑了控制器增益与采样间隔之间的异步切换问题。综合调度序列MRBS与控制器两部分,建立调度序列与控制的协同设计算法。2.为有效节省通信能力有限的无线网络资源和控制器的计算资源,将以时间触发机制的调度序列MRBS与事件触发机制相结合从而形成一种混合的数据传送策略。并建立了混合数据传送策略与控制协同设计算法,可同时确定调度序列MRB S产生函数的参数、事件条件中的参数以及控制器的增益。在解决子系统进入网络产生的访问冲突的同时保证所有子系统的同时稳定性。3.在考虑无线网络存在的通信能力限制问题的同时兼顾了存在的UDP型(User Datagram Protocol-type)和 TCP型(Transmission Control Protocol-type)两种数据丢包情况。依据子系统访问网络的状态以及在传感器—控制器侧以及控制器—执行器侧发生的数据丢包情况的不同,为子系统建立了具有多个子模式的切换系统模型。利用Lyapunov函数方法以及平均驻留时间技术得到了能够保证子系统同时稳定以及可调度的条件。通过提出的基于优先级分配的调度规则,建立了调度序列MRBS与控制器协同设计的新算法。4.将提出的二进制序列MRBS与控制的协同设计方法用于解决智能交通系统中的车辆通信调度与控制问题,主要针对多个相互耦合的子系统的调度与控制的协同设计问题。在车载网络通信能力限制以及存在任意数据丢包情况下,为车队建立了相应的模型。根据相关的稳定性与可调度条件,为车队建立了调度序列MRBS与控制的协同设计算法,能够有效解决车辆进入车载网络产生的冲突问题的同时保证整个车队的队列稳定性以及零稳态误差响应。并通过Arduiono智能实验小车组成的车队验证了算法的有效性及实用性。
【关键词】：网络化控制系统 网络通信能力限制 数据丢包 调度序列MRBS与控制协同设计 车队控制
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273
【目录】：

• 创新点摘要4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 研究背景和意义12-14
• 1.2 网络化控制系统研究现状14-21
• 1.2.1 调度策略设计的研究14-17
• 1.2.2 控制器设计的研究17-20
• 1.2.3 调度与控制的协同设计研究20-21
• 1.3 本文的主要工作和内容安排21-24
• 1.4 符号说明24-25
• 第2章 网络化多子系统调度序列与控制协同设计25-51
• 2.1 二进制调度函数MRBS26-28
• 2.2 系统建模与控制目标28-31
• 2.3 系统能控性/能观性分析31-35
• 2.4 控制与调度协同设计35-44
• 2.4.1 单子系统的稳定性分析35-38
• 2.4.2 多子系统同时稳定条件及可调度条件38-40
• 2.4.3 协同设计中的控制器求解40-44
• 2.5 仿真算例44-50
• 2.6 本章小结50-51
• 第3章 时间-事件触发混合的传送策略与控制的协同设计51-71
• 3.1 混合数据传送策略的建立52-54
• 3.2 混合数据传送策略下的系统建模54-56
• 3.3 子系统的稳定性与可调度性分析56-59
• 3.3.1 单子系统的稳定性分析56-58
• 3.3.2 多子系统的可调度性分析58-59
• 3.3 混合数据传送策略与控制器的协同设计59-65
• 3.4 仿真算例65-70
• 3.5 本章小结70-71
• 第4章 调度与控制协同设计的新方法71-104
• 4.1 问题描述72-76
• 4.1.1 子系统在任意数据丢包下的建模72-75
• 4.1.2 子系统的调度策略75-76
• 4.2 针对UDP-type型数据丢包的协同设计76-87
• 4.2.1 UDP-type型数据丢包的稳定性分析76-78
• 4.2.2 多子系统同时稳定与可调度条件78-83
• 4.2.3 协同设计算法83-87
• 4.3 TCP-type型数据丢包87-94
• 4.3.1 TCP-type型数据丢包下的系统建模87-89
• 4.3.2 TCP-type型数据丢包下的稳定性分析89-91
• 4.3.3 调度与控制的协同设计91-94
• 4.4 仿真算例94-103
• 4.4.1 UDP-type型数据丢包下的仿真95-98
• 4.4.2 TCP-type型数据丢包下的仿真98-102
• 4.4.3 对比实验102-103
• 4.5 本章小结103-104
• 第5章 智能交通系统中的车辆通信调度与控制的协同设计104-128
• 5.1 车载网络通信限制下的车队建模105-110
• 5.1.1 单个车辆模型105-106
• 5.1.2 车载网络通信限制的影响106-109
• 5.1.3 车辆模型变换109-110
• 5.2 车载网络调度与控制的协同设计110-118
• 5.2.1 车辆稳定性分析110-113
• 5.2.2 车队的同时稳定性以及可调度性113-118
• 5.3 车队调度序列与控制的协同设计算法118-121
• 5.3.1 车队队列稳定性分析118-119
• 5.3.2 车队协同设计算法119-121
• 5.4 仿真实验121-127
• 5.4.1 Matlab仿真实验121-125
• 5.4.2 Arduino智能小车实验125-127
• 5.5 本章小结127-128
• 第6章 总结与展望128-130
• 参考文献130-139
• 攻读学位期间公完成的论文139-140
• 致谢140-141
• 作者简介141

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 康军;戴冠中;;网络化控制系统综合控制方法研究[J];控制与决策;2009年02期

2 游科友;谢立华;;网络控制系统的最新研究综述[J];自动化学报;2013年02期

3 金辉;郭戈;王宝凤;冯宜伟;;控制与通信协同设计的新进展[J];信息与控制;2008年06期

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本文编号：269209