基于广义被控对象的网络控制系统复杂性分析与控制策略研究

本项目研究广义被控对象的网络控制系统复杂性分析与控制策略问题，包括：综合分析网络通信的不确定性因素(时延、数据包丢失、错序、信道传输容量的有限性与信道干扰等)、时变采样周期和广义被控对象的脉冲等问题所引起的控制系统特性结构和控制性能的变化特征，探索时延、丢包、错序、信道干扰、脉冲等因素的消除与优化控制策略，建立基于连续域的控制过程模型、基于离散事件的控制网络模型以及综合控制过程和通信过程的混杂系统模型，分析系统稳定性和其它性能，研究系统的控制策略，建立系统仿真平台，仿真研究时延、数据包丢失、错序、时变采样周期、信道传输容量的有限性与信道干扰、被控对象的脉冲行为等因素对系统性能的影响。本项目将揭示基于广义被控对象的网络控制系统的本质和特征，拓展目前基于线性/非线性正常被控对象的网络控制系统的研究领域，提供基于广义被控对象的网络控制系统分析与控制的新方法和新理论。

考虑广义网络控制系统(NCSs)中存在的不确定性、时变采样周期和广义被控对象特殊性等因素,深入研究了广义NCSs的结构特性、性能变化特征与控制方法等问题.主要成果为:(1) 考虑采样周期在有限集内随机切换、数据包丢失个数随机且有界等情况,提供了具有时延和丢包的主动变采样周期NCSs的建模和控制方法,给出系统随机稳定充分条件和控制器设计方法.(2) 考虑丢包个数有界且采样周期在标称周期上下波动情况,提出了具有数据包丢失和被动变采样周期的NCSs渐近稳定和严格耗散充分条件以耗散控制方法.(3)考虑传感器-控制器-执行器之间存在随机时延有界、数据丢包个数有界、且符合一个有限状态Markov链特征等情况,给出了数据丢包信息不完全条件下NCSs随机稳定且具有H_∞范数界的充分条件和H_∞控制方法.(4) 考虑网络负载随机性、采样周期随机切换、随机时延存在于传感器-控制器-执行器之间,提出了具有随机时延和随机变采样周期的NCSs镇定方法,给出了系统随机稳定的充要条件和相应控制器设计方法.(5)考虑时延、数据包包丢失、存在的未知扰动等情况,给出了广义被控对象的NCSs的H_∞控制方法.(6)考虑时变有界时延、数据包丢失和数据包无序等因素,提出了多通道数据包无序的多输入多输出NCSs保成本控制方案,给出了充分描述网络动态特性、始终确保被控对象控制输入最新的NCSs新颖模型,以及确保成本函数值不超过随服务质量变化上限的实时控制器设计方法.(7)考虑长时延、采样周期取值在有限集内切换,提出了变采样周期和多观测器的联合设计方案,给出了NCSs随机稳定的充分条件、观测器和H_∞控制器设计方法.(8)权衡无线网络能量消耗、数据传输率和拥塞水平,在确定满足一定性能条件下进行网络与控制的协同设计,给出了网络与控制系统综合控制与协同设计方法.(9)针对网络服务质量QoS和系统能控性与能观性等,综合运用李雅普诺夫理论、随机理论以及图论等方法,给出了基于网络QoS的NCSs分析与综合方法.(10)网络控制方法的应用研究.