網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)的分析與綜合

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1、華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的控制系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，控制系統(tǒng)的各部件之間的信息交換和控制信號的傳遞通過網(wǎng)絡(luò)來完成，這就是本文的研究對象——網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的實(shí)際工程應(yīng)用中，由于通訊網(wǎng)絡(luò)的存在必然導(dǎo)致一些不確定因素的產(chǎn)生，其中起主要干擾作用的就是網(wǎng)絡(luò)誘發(fā)的時(shí)延，在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中，時(shí)延具有隨機(jī)性和復(fù)雜性，通常情況下它都數(shù)倍于采樣周期，具有多步性，它的存在將降低控制系統(tǒng)的性能，甚至?xí)沟孟到y(tǒng)變的不穩(wěn)定，這使得網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)在工程應(yīng)用中難以控制，

2、嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致整個控制系統(tǒng)的崩潰而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究具有多步時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)的控制分析和綜合問題具有重大的理論和應(yīng)用價(jià)值。本文對多步時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)的控制分析和綜合問題進(jìn)行了深入的研究，提出了一些新方法，較好地解決了多步時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)的建模、時(shí)延的統(tǒng)計(jì)特性研究、最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)、綜合控制分析和穩(wěn)定性等問題。本文系統(tǒng)全面地介紹了當(dāng)前國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，分析了其主要研究方法，闡述了研究網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的重要理論和實(shí)際意義；概括了國內(nèi)外隨機(jī)控制問題的研究成果，

3、總結(jié)了其研究方法和基本思想；在結(jié)合隨機(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)二者研究的理論成果的基礎(chǔ)上，提出了本文對多步時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究的行之有效的方法。文中提出了兩種新的控制模式，在新的控制模式下，一個采樣周期內(nèi)到達(dá)執(zhí)行器的多個控制量更為有效的作用于受控對象，提高了系統(tǒng)的性能。在傳感器、控制器和執(zhí)行器的不同驅(qū)動模式下，考慮到隨機(jī)延遲的影響，建立了四種不同的隨機(jī)數(shù)學(xué)模型。本文針對不同的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)模型，討論了時(shí)延的統(tǒng)計(jì)特性和界限，利用Markov鏈理論對時(shí)延的隨機(jī)性進(jìn)行討論，對兩種新的控制模式下

4、隨機(jī)數(shù)學(xué)模型給出了關(guān)于Markov狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的新定理，并在此基礎(chǔ)上給出了使系統(tǒng)保持穩(wěn)定性的最大允許延遲界限的求解新方法；考慮到時(shí)延的隨機(jī)性和復(fù)雜性，對于特別復(fù)雜的無法描述其概率分布和界限的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)的情況，給出了一種時(shí)延在線估計(jì)的方法。本文采用幾種典型的控制方法對網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制分析，主要有LQG最優(yōu)控制法、無窮確界最優(yōu)控制法、有限變確界最優(yōu)控制法、基于模型預(yù)測的補(bǔ)償控制法和時(shí)滯補(bǔ)償控制法，特別是對存在空采樣以及數(shù)據(jù)拒絕的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)，使用基于模型預(yù)測的補(bǔ)償控制法對系統(tǒng)進(jìn)行

5、補(bǔ)償；另外還研究了各種控制方法下系統(tǒng)I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文的穩(wěn)定性問題，分析了各種控制方法對系統(tǒng)性能的影響，對網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入分析，構(gòu)建了使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制器。對于無法獲得完全狀態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)，本文討論了系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)問題，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)器和控制器，并證明了系統(tǒng)滿足分離定理。在綜合各種控制方法的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種網(wǎng)絡(luò)化隨機(jī)控制系統(tǒng)的綜合控制法——基于α-Credibility的轉(zhuǎn)換控制方法，其基本思想是通過對系統(tǒng)中多步時(shí)延的概率分布研究，根據(jù)

6、時(shí)延落入的不同置信區(qū)間來采用不同的控制方法，這種分時(shí)區(qū)控制方法對系統(tǒng)性能有顯著提高，達(dá)到了更好的控制效果；基于α-Credibility的轉(zhuǎn)換控制法對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的智能化程度有一定的要求，解決方法是采用在基于IntelligentAgent技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)平臺上進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制，本文提出了一種基于IA技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，并討論了系統(tǒng)的可靠性問題。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng);多步時(shí)延;分時(shí)驅(qū)動;分時(shí)算法;Markov鏈;最優(yōu)狀態(tài)估計(jì);控制分析II華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractWi

7、ththerapiddevelopmentofnetworktechnology,moreandmorecontrolsystemsadoptcommunicationnetworktorealizeclose-loopcontrol,whichmeansinformationexchangeandcontrolsignaltransmissionamongcomponentsarecompletedbycommunicationnetwork.Thisistheresearchobjectinth

8、isdissertation—networkedcontrolsystem.Inengineeringapplicationsandpractice,theinsertionofcommunicationnetworkinthefeedbackcontrolloopcausessomeindeterminatefactorsamongwhichnetwork-inducetimedelaymainlyaffectsthesystem.Innetworkedcontro