多变量多通道网络化系统性能极限与优化设计

随着计算机、电子和通信技术的飞跃发展，网络化系统得到广泛应用。但是由于网络通信的约束使得信息的传输存在着延迟、丢包、拥塞等问题。目前相关研究工作都是考虑网络化系统建模和稳定性，但是从应用角度来看，控制系统只保证稳定性是远远不够的，还应考虑具有怎样的性能极限等性态。本项目将研究多变量多通道网络化系统性能极限与优化设计问题。研究多通道网络通信参量约束下多变量网络化系统的性能极限，探讨多通道网络通信参量和系统固有特性是如何影响多变量网络化系统性能的；研究多通道网络资源（能量、容量）有效分配问题，有效提高网络化系统的性能；研究多变量多通道网络化系统的多目标优化问题和共同设计多通道网络和控制器，从而达到网络化系统的最优性能。基于上述研究，提出有通信约束的多变量多通道网络化系统的建模、分析与设计的新理论和新方法。该研究将为计算机、信息论与控制论的融合和网络化系统的理论发展与实际应用做出贡献。

针对有通信约束的多变量多通道网络化系统提出了性能极限与优化设计问题，湖北师范学院和华中科技大学课题组，在国家自然科学基金青年项目“多变量多通道网络化系统性能极限与优化设计（编号：61100076）”的资助下，对此进行了深入研究，取得如下主要成果：.基于网络化系统的通信参数，分别研究了网络带宽、受脉冲扰动、通道噪声、数据丢包、网络诱导时延、网络信噪比和编码-解码等影响的网络化系统性能极限问题。借助通信理论、频域分析方法和谱分解技术，定量的揭示了多通道网络化系统跟踪（调节）性能极限与网络通信参量的内在联系。.基于网络化系统的数据丢包和扰动通道能量分配研究网络化系统的性能极限。定量的揭示了多输入多输出网络化系统的性能极限与网络通道的能量调整因子、通信参数和控制系统的固有特性的内在联系。进一步讨论了每个通道的最优能量分配。.基于网络通道输入能量控制输入能量约束的研究多目标网络化系统性能极限。分别研究了白噪声和数据丢包影响下的网络化系统多目标优化。采用双自由度补偿器和内外分解的方法得到了多目标的性能极限。.基于网络通道与控制器联合设计研究网络化系统的性能极限。分别研究了编码解码和网络通道与控制器联合设计。借助通信理论、频域分析方法、 范数理论和谱分解技术，得到编码解码和网络通道与控制器联合设计的最优控制器和最优网络通道参数。.项目在实施过程中，项目组研究成员在网络化系统方面发表论文46篇，其中在SCI源刊上发表21篇，EI收24篇，培养博士研究生9人，硕士研究生3人。获湖北省第十五届自然科学优秀学术成果二等奖1项，湖北省黄石市第三届自然科学优秀学术成果一等奖1项。