基于传感器/执行器网络的分布参数系统协同控制

发布时间：2021-05-31 20:54

　　分布参数系统的状态同时依赖于时间和空间,因此是一类无穷维的动力系统,其广泛应用于工程、社会、生态、环境等领域.研究基于传感器/执行器网络的分布参数系统控制问题具有重要的理论意义和应用价值.本文在传感器/执行器网络环境下,针对n-维空间上的扩散系统,研究利用移动智能体协同控制,以提高系统的控制性能.针对n-维耦合分数阶反应扩散系统,研究利用传感器/执行器网络对系统进行边界控制的方法.主要研究工作如下:1.针对n-维空间上扩散系统的控制问题,提出了基于移动智能体的传感器/执行器网络系统架构,借助新的覆盖度量,提出了基于覆盖优化的智能体移动控制策略以提高闭环系统的控制性能,其中,每个智能体的移动方向为其空间局部最优梯度方向,该梯度方向可以表示为一个（n-1）-维表面积分.借助n-维空间上的指示函数表示智能体传感器和执行器的空间分布,使结果在n-维空间上具有统一而简洁的表达形式,而且只要求传感（执行）区域具有分片光滑的边界而没有几何形状的限制.借助Dirac表面delta函数,利用无穷维算子理论和Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性.通过不同维度空间上的数值仿真和对比,验证了所提出方法的... 

【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 分布参数系统的研究概况
        1.2.2 基于传感器/执行器网络的分布参数系统控制研究进展
        1.2.3 分数阶微积分与分数阶扩散系统概述
        1.2.4 分布参数系统反步边界控制研究进展
    1.3 本文的主要工作
第二章 基于移动智能体的分布参数系统控制
    2.1 引言
    2.2 问题描述
    2.3 基于覆盖优化方法的智能体移动控制
        2.3.1 智能体的移动策略
        2.3.2 n-维(n=1,2,3)空间上的梯度算法
        2.3.3 基于梯度的智能体移动策略
    2.4 稳定性分析
    2.5 数值仿真
        2.5.1 一维空间上的扩散控制
        2.5.2 二维空间上的扩散控制
        2.5.3 三维空间上的扩散控制
    2.6 本章小结
第三章 基于连续时变交互智能体的分布参数系统协同控制
    3.1 引言
    3.2 问题描述
    3.3 带有连续时变交互智能体的输出反馈控制
    3.4 连续时变交互智能体的移动控制
        3.4.1 智能体的集中式移动控制
        3.4.2 智能体的分散式移动控制
    3.5 数值仿真
    3.6 本章小结
第四章 基于反步法的耦合时间分数阶反应扩散系统边界控制
    4.1 引言
    4.2 问题描述
    4.3 边界控制与核函数矩阵方程
    4.4 核函数矩阵方程适定性
    4.5 闭环系统的Mittag-Leffler稳定性
    4.6 数值仿真
        4.6.1 仿真1:可化为单一核函数的情形
        4.6.2 仿真2:一般非常系数耦合的情形
    4.7 本章小结
第五章 耦合时间分数阶反应扩散系统的反步边界输出反馈控制
    5.1 引言
    5.2 问题描述
    5.3 观测器的设计
        5.3.1 确定核函数和观测增益
        5.3.2 误差系统的稳定性
    5.4 基于状态反馈的反步控制器
    5.5 基于观测器的输出反馈控制器设计
    5.6 数值仿真
    5.7 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录:作者在攻读博士学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]Improved control for distributed parameter systems with time-dependent spatial domains utilizing mobile sensor-actuator networks[J]. 张建中,崔宝同,庄波.  Chinese Physics B. 2017(09)
[2]Improved control of distributed parameter systems using wireless sensor and actuator networks:An observer-based method[J]. 江正仙,崔宝同,楼旭阳,庄波.  Chinese Physics B. 2017(04)
[3]反常扩散:分数阶导数建模及其在环境流动中的应用[J]. 孙洪广,常爱莲,陈文,张勇.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(10)
[4]Cyber-Physical Systems as General Distributed Parameter Systems:Three Types of Fractional Order Models and Emerging Research Opportunities[J]. Fudong Ge,YangQuan Chen,Chunhai Kou.  IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2015(04)
[5]无线传感器执行器网络关键技术综述[J]. 孔鹏,余镇危.  传感器与微系统. 2014(02)
[6]分布参数系统控制:问题,方法和进展[J]. 郭宝珠.  系统科学与数学. 2012(12)
[7]无线传感器执行器网络综述[J]. 周雁,王福豹,黄亮,李晓辉.  计算机科学. 2012(10)
[8]分布参数系统传感器位置优化策略的小波算法[J]. 高桂革,顾幸生.  华东理工大学学报(自然科学版). 2008(04)
[9]一类随机分布参数系统反馈控制的镇定[J]. 罗琦,邓飞其,包俊东.  控制理论与应用. 2005(03)
[10]分布参数系统参数辨识的最佳测量位置[J]. 周璇,喻寿益.  中南大学学报(自然科学版). 2004(01)



本文编号：3208959