无线网络控制系统的调度与控制协同设计及其优化方法研究

考虑一类无线网络系统中影响控制性能的网络特征参量，提出基于网络特征参量的无线网络控制系统（WNCSs）的调度与控制协同设计和优化方法，使系统整体性能最优解依赖于网络特征参量，并建立协同设计算法在网络特征参量摄动下的鲁棒性能评价准则。研究内容包括：通过实验结果和理论分析建立无线网络协议下网络特征参量与WNCSs控制性能指标的关系；研究动态预测反馈调度来实现系统在不确定性运行环境下的资源动态优化配置算法；研究系统集成调度与控制的协同设计与优化方法，建立WNCSs总体性能最优的性能指标评价体系，形成协同设计的多目标优化函数的求解方法；研究协同设计算法的鲁棒性能评价准则。本项目将揭示无线网络特征参量与系统性能的内在关系，从而得到结合网络特征参量的WNCSs模型描述、资源的动态调度策略和控制的同步设计及优化方法、算法鲁棒性能分析等结果，为无线网络在工业自动化系统的实用化奠定理论基础。

本项目综合考虑了无线网络数据包传输时存在时延、丢包、带宽限制、多包多跳传输等因素的影响，对无线网络控制系统的数学建模与分析、网络资源动态调度方法与优化、鲁棒控制以及协同设计优化等问题分别进行了深入的研究。这些研究目前取得了一些重要成果。. 在无线网络系统的时延特性及建模分析方面，根据无线网络环境下的大量测试结果，获得了Zigbee无线网络系统的时延特性，提出了基于CSMA-CA 网络协议下具有网络诱导时延和数据丢包的单跳和多跳网络控制系统的建模。同时根据不同的网络特性，提出了多种无线网络系统理论模型，包括多包传输的随机系统模型、随机切换线性系统模型、时变时延的离散时间切换系统模型等；. 在资源动态调度优化方法方面，根据不同的网络环境和约束条件下，提出了基于死区的调度策略、基于LSSVM的动态智能反馈调度、基于通信序列方法的输出反馈调度、常规轮询调度和动态轮询调度策略等方法；. 在协同设计方法研究方面，针对网络系统的时延和丢包现象，分析了具有随机时延的离散广义网络系统、时延和丢包的网络化控制系统的反馈控制、时延转移概率部分未知的状态反馈控制、时延和丢包的网络控制系统H∞控制、分布式时延和时变采样间隔的控制器设计、不确定网络化控制系统的容错控制等方法；. 在鲁棒分析与设计方面，分析了时变时延和丢包的H∞ 滤波、传感器非线性和丢包的鲁棒H∞ 滤波、时变时延的离散时间切换系统模型下的H∞性能分析方法等结果。. 项目组成员共发表论文31篇，其中已被SCI 收录26 篇，EI 收录论文4篇。培养博士后1名，博士生4名。