带宽受限网络化控制系统中的丢包问题研究

本项目研究基于通用共享数字网络的网络化控制系统。该系统中网络带宽受限，且网络丢包普遍存在。丢包模式和丢包同步情况(网络发送方与接收方关于丢包是否同步)是网络丢包的重要特性，对系统稳定性和性能影响显著，其研究结果却较少。因此本项目将对其深入研究：1、在给定丢包条件下(包括丢包模式、丢包同步和丢包率等参数)，判断网络化控制系统能否在有限带宽下稳定；在能稳定情况下，通过在量化算法设计中充分考虑丢包的知识(尤其是丢包模式)，以达到用尽可能低的网络带宽确保稳定性、并优化控制性能的目的。2、研究网络丢包需要满足什么条件，网络化控制系统才能在有限带宽下稳定、且达到指定性能指标；所得网络条件将作为控制系统对所用网络提出的质量要求；并将该网络条件作为约束，用在多个网络化控制系统中实现对共享网络资源的实时调度，以优化整体性能。与现有结果比，本项目所考虑的丢包模型更全面、更贴近实际，因而取得的结果将更有价值。

本项目研究了基于通用共享数字网络的网络化控制系统。该系统中网络带宽受限，且网络丢包普遍存在。丢包模式和丢包同步情况(网络发送方与接收方关于丢包是否同步)是网络丢包的重要特性，对系统稳定性和性能影响显著，其研究结果却较少。因此本项目对其进行了深入研究，取得如下结果：1、在给定丢包条件下(包括丢包模式、丢包同步和丢包率等参数)，给出了确保网络化控制系统稳定的带宽条件；在能稳定情况下，通过在量化算法设计中充分考虑系统丢包模型，以达到用尽可能低的网络带宽确保稳定性、并优化控制性能的目的。2、给出了有限带宽下确保网络化控制系统稳定的充分必要丢包条件，该条件既依赖于丢包率、也依赖于丢包模式，但其与丢包确认无关，从而定出了能用于控制系统的网络和不能用于控制系统的网络之间的明确界限。3、研究了具有非线性前馈特性的网络化控制系统，给出了确保其稳定的最低量化级数。4、开发了基于MATLAB的实时仿真软件，验证了取得的理论成果；并基于罗克韦尔(Rockwell)三层网络架构实现了水箱的远程网络化控制。