基于信号死区和变采样组合调度的资源受限网络化系统的控制研究

The project proposes the combinational scheduling of signal deadband and viriable sampling to realize the rational allocation of network resources in the view of the problem of resource constraints in the networked control systems (NCSs). Under the condition of the combinational scheduling, NCS' modeling, analysis and control problems are studied furtherly. Under the consideration of network-induced delay, signal deadband and variable sampling, the model of NCS is established based on combinational scheduling policy, the relationship between delay bound, sampling interval bound, deadband threshod and the stability, the performance of the system is researched. Using the new analysis method effectively reduces the conservativeness of the design conditions brought by the network delay and deadband zone and variable sampling. Inducing adaptive control, the performance of the system is optimized by on-line adjusting ability of the adaptive method; Aiming at the case that the state signal is not measured, dynamic output feedback control model under the combinational scheduling is established，and the dynamic output feedback controller design scheme is given. For NCS with resource constraints and multiple channels, the channel sharing-based method is proposed to design switching controller which can compensate the worse influences from resource constraints. Carrying out the research results has important significance both for the development of network control theory itself, or the application of engineering control systems.

本项目针对网络控制系统资源受限问题，提出信号死区和变采样组合调度策略对网络资源进行合理配置，进一步针对组合策略下网络控制系统的建模、分析及控制等问题进行研究。在同时考虑网络诱导时延、信号死区及变采样等网络特性的条件下，建立资源受限网络化系统的新模型，探索时延界、采样间隔界及死区阈值与系统稳定性及性能的关系，使用新的分析方法有效地降低由网络时延、死区范围及变采样间隔等因素带来设计条件的保守性，并引入自适应控制机制，通过自适应方法的在线调节能力，达到优化系统性能的目的；针对系统状态信号不可测量的情况，给出组合策略下动态输出反馈控制模型，并提出动态输出反馈控制器的设计方案；针对多通道网络控制系统，提出基于通道共享补偿方法，设计切换控制器来弥补资源受限对网络性能的负面影响。开展该项研究所取得的成果无论对网络控制理论本身的发展，还是对工程控制系统的应用都具有相当重要的意义。

网络控制系统常常受到有限带宽资源、通信协议等各种网络条件制约,如何通过有效的方法提高控制系统性能是目前网络控制系统的研究热点。本项目针对网络控制系统资源受限问题，提出信号死区和变采样组合调度策略对网络资源进行合理配置，通过设置信号死区控制器，减少网络信道的信号传输数量和不必要的通信开销，减轻网络拥塞造成系统性能下降的负面影响。在同时考虑网络诱导时延、信号死区及时变采样等网络特性的条件下，给出资源受限网络化系统的模型架构，建立时延界、采样间隔界及死区阈值与系统稳定性及性能的联系，使用Lyapunov泛函方法，LMI技术来降低网络不利因素带来设计条件的保守性；通过自适应在线调节方法，给出资源受限网络化系统的自适应事件触发控制器的设计策略，以达到优化系统性能的目的；针对系统状态信号不可测量的情况，给出组合控制策略下动态输出反馈网络化系统模型框架，并提出动态输出反馈控制器的设计方案；针对信号多通道传输的网络化系统，基于信道共享补偿方法，设计多信号网络化系统控制器来弥补资源受限对网络性能的负面影响。本项目为资源受限网络化系统的控制及性能优化问题提供了新的方法与思路，为电力系统、自动化系统、过程控制系统等网络化系统应用领域提供理论指导和支持。该项目研究所取得的主要成果对网络控制理论和工程控制系统的应用都具有重要的科学价值和意义。