基于混合触发机制的CPS系统建模与分析

The program focuses on the modelling and analysis of cyber-physical systems (CPS) with mix triggering scheme. CPS is a new research field which is different from the Internet of things and the networked control systems. Based on the significance, practical application and foresight of control theory reseaarch, the modelling of CPS with mix triggering scheme is constructed by focusing on the structure of CPS with the characteristic of mass, heterogeneous, and incomplete data. Furthermore, the distributed controller design with state information and the distributed dynamic output feedback controller design are proposed. The real time optimize arithmetic is considered. The control theorem research of CPS with mix triggering scheme is the comparative value and importance for the science theory and practical application, which is provided with the realistic meaning for the national construction, economic and social developmend.

本项目进行基于混合触发机制的CPS系统建模与控制问题研究。CPS系统既不同于物联网系统，也不同于网络控制系统，是一个全新的研究领域。考虑到CPS系统的控制理论研究的意义、应用价值与前瞻性，本项目通过分析CPS系统的结构，考虑到系统中数据的海量、异构、及不完整性等特点，建立基于混合触发机制的CPS系统的数学模型。进一步提出基于状态信息的分布式控制器设计和基于状态滤波的分布式动态输出反馈控制器设计方法，以及系统的实时优化算法。对于混合触发机制下的CPS系统的控制理论研究，无论是在科学理论还是实际应用中都具有相当的价值和重要性，对于我国的建设，提高经济与社会的发展水平具有现实的意义。

信息物理融合系统(Cyber Physical Systems，CPS)是一类融合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过计算(Computation)、通信(Communication)和控制(Control)的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。通过计算、通信与物理系统的一体化设计，从而使得系统更加可靠和高效。近年来，许多国内外学者分别从计算、通信、控制的角度分析信息物理融合系统，对信息物理融合系统存在的问题与带来的机遇进行了不同的阐述。需要指出的是，由于信息物理融合系统的研究刚刚起步，取得的成果在研究层次深入方面具有一定的局限性，并且理论成果远落后于工程实际需求。本项目研究就是在这一背景下提出并展开的。. 本项目进行基于混合触发机制的CPS系统建模与控制问题研究。信息物理融合系统既不同于物联网系统，也不同于网络控制系统，是一个全新的研究领域。本项目针对信息物理融合系统，通过分析系统的结构，考虑到系统中数据的多样性及不完整性等特点，建立基于触发机制的信息物理融合系统的数学模型，进一步提出系统的分布式控制器设计和动态输出反馈控制器设计方法，以及系统的实时优化算法。主要研究成果如下：（1）研究过程中针对具有状态时滞的信息物理融合系统（微分与广义网络控制系统），充分考虑到系统中存在数据在主副被控对象之间传输、时延、丢包等现象以及脉冲性、正则性等影响的特点，建立了基于串级控制的系统数学模型，给出了系统稳定性充分条件，并且设计了相应的主副控制器；（2）针对基于事件触发机制的信息物理融合系统，分别考虑了系统优化控制、预测控制、以及自抗扰控制问题，在建模的基础上，提出了相应的状态控制器、输出反馈控制器、优化控制等设计方法；（3）在研究过程中，我们还进一步考虑了具有状态时滞的基于事件触发机制的广义系统控制器设计，以及考虑了非线性系统的滤波器设计。取得的研究成果，为基于混合触发机制的信息物理融合系统理论研究的进一步推广提供了一定的基础。对于混合触发机制下的信息物理融合系统的控制理论研究，无论是在科学理论还是实际应用中都具有相当的价值和重要性，对于我国的建设，提高经济与社会的发展水平具有现实的意义。