基于有限信道不同属性通信网络的控制系统分析与综合

由多组传感器和执行器经过信道不足、属性不同和多包传输的通信网络与控制器连接构成的控制系统中，信道不足会导致检测信息的不完全反馈和控制指令的不完全执行，而控制器两侧的通信网络属性不同使得两侧的网络诱发延时和丢包因性质不同而无法叠加（称作继发延时和继发丢包）。本项目针对这种控制系统，考虑量化和通信协议等因素，探讨能克服信道不足、继发延时和继发丢包的传感器/执行器信道分配、控制器设计和状态观测器设计、系统的通信容量要求等重要问题的机理和解决方法，在保证稳定性及鲁棒H∞性能的前提下建立一套有关这类控制系统的分析、设计和评价方法体系，进而获得可改善控制系统性能、减小回路控制时间和带宽需求的实用控制算法。并结合车辆编队控制和数值仿真分析对所得理论成果的有效性、实用性及计算复杂性等给出明确具体的分析和评价结论。拟开展的研究内容具有较重要的理论意义和较高的实用价值，其思想未见相似报道，有很好的创新性。

本项目针对具有大量通过信道不足、属性不同且多包传输的通信网络与控制器相连的传感器、执行器等节点的分布式网络化控制系统，主要研究信道限制及网络延时、丢包和通信协议等因素对于传感器、执行器信道分配调度、稳定性分析、控制器设计等重要问题的影响机理及其解决方法。建立了一套有关这类控制系统的建模、分析和设计理论体系，进而获得可改善控制系统性能、减少节点带宽需求的实用控制算法体系，并通过车辆编队控制应用和数值仿真对所得理论成果的有效性及计算复杂性等给出分析和评价。主要研究成果包括：(1) 揭示了信道限制与系统动态特性的内在联系，结合网络延时和丢包因素，获得了信道受限的网络控制系统的节点任务调度和控制器协同设计方法；(2) 针对执行器节点受随机事件驱动分组启动工作的网络化系统，采用Markov过程描述驱动事件，在随机控制理论框架下获得了这种系统的稳定性条件和控制器设计方法，进而针对传感器和执行器节点均受随机事件驱动而分组启动工作的系统获得了类似但更为实用的结果，并将该结果推广到Markov过程的状态转移概率部分未知的情况；(3) 将信道受限网络化系统控制理论结果应用到车辆协作控制之中，综合考虑网络信道限制、油门/刹车延时和非线性车辆动态等因素，获得了可以保证单车稳定及车队稳定的非线性车队控制方法，并将所得理论结果推广到低能见度条件下测距传感器受限时的车辆协作控制之中，获得了经实验测试验证的实用车辆协作控制技术。.