数据漂移网络控制系统的建模、分析与控制器综合

本项目旨在建立具有数据漂移网络控制系统的丢包概率与稳定性之间的定量关系。网络控制系统具有低成本，高可靠性等优点，因而得到了广泛应用。但是，将网络引入控制系统会导致非均匀分布的丢包、数据漂移等，建立丢包概率与稳定性之间的定量关系具有重要意义，而现有文献对该问题的研究处于起步阶段。本项目针对存在非均匀分布的丢包、数据漂移及有限信道的情况，在控制系统的框架中考虑通信问题，研究线性系统的丢包概率与稳定性之间的定量关系。针对连续时间系统，提出丢包分离方法及基于丢包分解的李亚普诺夫泛函，建立丢包概率与稳定性之间的定量关系；对具有有限信道及数据漂移的系统，建立系统模型，引入具有更小保守性的向量交叉积放大不等式，提出基于信道通信状态的切换控制器设计以减小数据漂移的负面影响，并将以上研究推广到输出反馈系统。最后，将建立的定量关系应用到遥操作机器人系统中。该项研究是网络控制理论向实际应用发展的一次有益探索。

本项目建立了网络控制系统丢包概率与稳定性之间的定量关系，并提出了合适的基于信道通信状态的切换控制器设计方法以减小通信限制及数据漂移的负面影响。研究过程中充分考虑了时延、丢包、有限信道及数据漂移的影响，并对以下问题开展研究：（1）针对连续时间系统，在考虑丢包非均匀分布特性的基础上，提出丢包分离方法以建立丢包概率与稳定性之间的定量关系；（2）对具有有限信道及数据漂移的离散时间系统，建立系统模型，提出切换控制器设计方法以减小数据漂移的负面影响；（3）在对象状态不可测时，对于具有时变时延及丢包的基于观测器的连续时间网络化控制系统，在同时考虑传感器——控制器与控制器——执行器网络诱导时延及丢包的情况下，提出了基于线性估计的人工时延补偿方法，并给出了闭环系统的镇定准则；对于连续时间动态输出反馈网络控制系统，同时考虑网络诱导时延、丢包及基于顶点不确定性的数据漂移，并提出一个迭代算法来设计动态输出反馈控制器。由于控制器设计过程中充分考虑了通信限制（信道数目受限）、数据漂移及非均匀分布的丢包对控制系统性能的负面影响，所提出的设计方法更符合实际网络控制系统的特点，也更具有一般性。仿真实验的结果验证了所得到的结果的有效性。本项目的成果为实现网络控制理论向实际控制系统的应用打下了坚实的理论基础。