网络化控制系统的异步动态建模、分析与综合

本项目以存在网络时延和丢包的网络化控制系统（NCSs）为研究对象，首先在单包传输和多包传输策略下，考虑控制输入时滞区分为有界随机的快变时滞、零阶保持时滞和两者同时存在的三类情况，把区间内连续分布的随机时滞转化为在各子区间具有多元独立同一分布（i.i.d.）特性的离散变量，构造新型的NCSs异步动态时滞模型，通过新的Lyapunov泛函和合适的界定技巧，获得较少保守性的网络化时滞相关均方指数和L2增益稳定性条件及镇定综合方法；在此基础上，提出了一种基于打包传送方式和分布式计算的网络化前馈-反馈预测控制方案，通过分布式计算避免预先不可知网络时延和丢包引起的预测误差，通过引入预测误差的前馈减少其对系统性能的负面影响，基于异步动态切换模型给出多元i.i.d.随机切换下的均方稳定性条件和镇定综合方法。本项目旨在通过促进网络化时滞相关均方镇定理论和预测控制理论的发展，为处理NCSs的混杂特性提供思路。

本项目以存在传输时延和传输间隔的网络化控制系统（NCSs）为研究对象，研究异步动态建模、分析与综合问题。1）对于仅存在传输间隔的线性传统NCSs，假定大时间范围的传输间隔满足独立同分布（i.i.d.）过程，构造了异步动态模型，通过非连续Lyapunov-Krasovskii（L-K）泛函方法估算了各子系统的指数衰减率，并估算了整个系统的平均指数衰减率，获得了与传输间隔分布相关的均方指数稳定性新条件及其控制器设计方法。在此基础上提出了一种新的连续L-K泛函方法，直接获得了与传输间隔分布相关的均方渐近稳定性新条件及其控制器设计方法。2）对于同时存在传输时延和传输间隔的线性分组NCSs，假定大时间范围的输入时滞满足i.i.d.过程，构造了异步动态模型，提出了一种改进的连续L-K泛函方法，更合理地考虑了输入时滞分布的影响，获得了与输入时滞分布相关的均方指数稳定性新条件及其控制器设计方法。3）对于同时存在传输时延和传输间隔的线性传统和分组NCSs，关注了传输间隔内的输入时滞实时分布，合理地假定输入时滞满足非独立非同分布（d.n.d.）过程，基于异步动态模型和改进的连续L-K泛函方法，获得了更少保守性的与输入时滞实时分布相关的线性传统NCSs确定指数稳定性条件及其控制器设计方法、以及线性分组NCSs确定鲁棒指数稳定性和H∞性能条件及其控制器设计方法。4）对于同时存在传输时延和传输间隔的非线性传统和分组NCSs，假定非线性受控对象和并行分布式补偿(PDC)方案的T-S模糊模型分别具有异步和同步的隶属度函数，基于异步动态模型和改进的连续L-K泛函方法，合理地利用输入时滞的实时分布和异步或同步的隶属度函数，获得了更少保守性的与输入时滞实时分布相关的确定鲁棒指数稳定性和H∞性能条件及其控制器设计方法。5）在以上研究的基础上，对于同时存在传输时延和传输间隔的线性传统NCSs，关注了其中的脉冲效应，额外地考虑了传输时延的累积过程，假定累积过程中的传输时延是一种时间导数为1的虚拟输入时滞，合理地利用输入时滞和反馈信号的各种脉冲效应以及输入时滞的时间导数和关联性，初步提出了一种新的非连续L-K泛函方法，获得了更少保守性和更低计算复杂度的指数稳定性条件及其控制器设计方法。6）数值和实验结果表明了理论结果的有效性和优越性。本项目的研究为处理NCSs的混杂特性提供了新思路。