网络环境下子系统具有切换特性的分布式控制研究

With the rapid development of communication and embedded system technology, the scale of control system expands rapidly and there emerges many large-scale systems polymerized by multiple subsystems. How to construct effective distributed control based on network for such complex systems has highly practical value. This inspires strong research interests and recent years have witnessed many achievements on this issue. The existing studies on such topic mainly focus on the case that the subsystems are linear, while there are lesser results on the case of nonlinear subsystem. There is still a considerable gap between the aformentioned theoretical contributions and practice. Many deep-rooted problems are still open. Noticing tht fact that switching is one of the most common nonlinear features existed in practical systems, this project investigates the distributed control of large system consisting of switched subsystems under network environment. The contents of this projects contains three aspects: the modeling and control strategy design, the influence of network communication on system performance, the structure controllability and the reconfigurability. Furthermore, such theoretical research will be verified and be improved by developing a distributed control experiment platform. This research will not only enrich and deepen the present distributed control theory over network, but also provide a solid and systematically theoretical support for the control practice of large scale systems.

随着网络通信技术和嵌入式技术的飞速发展，控制系统的规模急速扩大，出现了很多由多个子系统聚合而成的大系统。基于网络实现大系统的分布式控制极具现实意义，也激发出控制界学者的强烈研究兴趣。尽管近来年出现了较多网络环境下分布式控制研究成果，但主要围绕子系统为线性系统情形展开，针对非线性子系统情形研究较少，导致理论距离实际应用仍然较远。切换特性是最为常见的一类非线性特性，广泛存在于各类系统中。本课题将针对子系统具有切换特性的大系统，研究其在网络环境下的分布式控制问题，围绕系统的建模与控制、网络通信能力对系统性能的影响、结构可控性与可重构性三方面展开深入探索，并通过构建实验平台验证和完善理论成果。通过本课题研究，将丰富和深化分布式系统网络控制理论，为大系统的控制工程实践提供系统化的理论支持。

混杂系统的分析与控制问题是当前控制理论的研究热点之一，其研究结果将为下一代复杂系统即物理信息系统（Cyber-Physical Systems, CPS）提供分析方法和手段。切换系统研究属于混杂系统研究的重要组成部分。..本项目针对子系统具有切换特性的大系统，研究其在网络环境下的分布式控制问题，综合控制、通信以及计算机等方面的理论知识，在复合切换系统的稳定性分析及控制、具有切换特性的多智能体的分布式控制、网络通信对系统性能的影响、切换逻辑对系统稳定性的影响、复合切换系统在实际建模中的应用等方面做了深入探索，在包括顶级期刊IEEE TAC以及控制理论界重要国际会议IEEE CDC等重要期刊和会议上发表论文25篇，其中SCI论文8篇，EI收录论文11篇，较好的完成了项目预期目标。..项目取得的重要理论成果包括：不同约束下复合切换系统的随机稳定性分析、子系统和拓扑均存在切换特性下多智能体的分布式控制、噪声环境下Markov跳变系统的扰动抑制性能同通信参量之间的联系、基于复合切换系统理论的储能风机以及移动无线充电系统中建模与分析等方面取得了突破性进展，其中部分结果属原创。 ..由于切换特性普遍存在于各类复杂系统中，因此上述研究结果具有良好的基础研究特点，可以为具有突变特性的复杂系统例如智能交通系统、智能电网、网络安全控制等方面问题的研究提供有效的分析研究工具，同时也为深化CPS理论与应用研究提供支撑。