网络环境下融合通信参量的系统控制理论与方法

在过去的数十年里，网络技术取得了飞速的发展，并推动了与之相关的网络控制系统的研究和应用，网络控制系统作为通讯理论和控制理论互相融合的一个载体，成为了未来控制领域的必然发展趋势。本项目的研究，从经典的控制理论出发，通过分析网络化控制系统反馈通道各通信参量及其特征，建立准确刻画信道参量特征的模型。研究系统固有的本质特征和通信网络的约束对控制系统性能的影响，研究多变量多通道和无线网络控制系统的分析与综合问题。本项目旨在揭示网络信息传递和控制既对立又统一的相互制约关系，从本质上给出网络控制系统性能及其设计权衡的精确定量描述。基于上述研究提出一整套有通信约束的网络控制系统建模、分析与设计的理论和方法，建立网络控制系统研究平台。从更长远的目标看，给出信息论与控制论相融合的理论分析方法，为将信息论广泛而深入的引入到控制领域做出贡献。

网络控制系统作为通讯理论和控制理论相融合的载体，是未来控制领域发展的必然趋势。网络的通信参量对控制系统性能有着怎样的约束、怎样基于此权衡设计网络控制系统，是亟待解决的问题。. 基于网络控制系统的通信参量，本项目分别研究了受脉冲扰动、高斯白噪声和有色噪声、信噪比、信道带宽、采样、量化和通信结构等影响的网络控制系统的性能极限问题。借助于多变量复频域控制系统中的分析方法，得到了网络控制系统的跟踪（调节）性能与被控对象的本质特征,以及网络通信参量之间的显示表达式，定量地揭示了它们之间的内在联系，为网络控制系统最优控制器的设计提供了理论上的指导。. 基于网络控制系统的性能参数，本项目分别研究了通信时延、数据丢包、网络参数不确定等影响下，多变量网络控制系统的建模、分析与控制问题。借助状态空间方法，提出了新型的包含参数不确定和非理想网络状况的网络控制系统模型并研究了相关镇定问题，确定了网络控制系统最优控制器的设计方法；针对网络控制系统的故障诊断与容错控制设计进行了研究，建立了故障参数及控制参数与QoS性能之间的关系；提出了网络通信参量与控制参数的联合设计方法。. 本项目针对受通信约束的复杂多主体网络控制系统的动力学行为分析与控制问题进行了研究，基于脉冲时滞系统的稳定原理，得到了一些新的脉冲同步判据，设计了相应的分布式脉冲控制器。针对二阶多智能体系统，研究了基于等周期相同采样信息和等周期变采样信息的网络控制系统的动力演化问题，提出了两种新的脉冲一致性算法，揭示出采样周期、控制增益及网络拓扑结构与多智能体网络一致性之间的联系。. 本项目以ActivMedia公司制造的机器人Pioneer2-DXe和Pioneer2-AT为基础，组建了网络控制系统研究仿真平台，进行了网络控制系统跟踪和机器人编队一致性实验，验证了理论分析所得到的结果。. 在网络控制系统理论分析框架和设计方法方面，本项目针对多输入多输出网络控制系统中多通道网络的不确定性，提出了基于切换系统理论的多变量网络控制系统的建模方法；针对工业应用需求，提出了基于无线网络控制的Hammerstein系统的识别与控制方法；在分析网络控制系统的本质特征和工业无线通信网的性能特性基础上，构建了工业有线进和无线异构网络测控平台，开发了网络化双并联倒立摆实验平台。