基于事件觸發(fā)傳輸機制的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的分布式控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是一類各控制節(jié)點通過公共網(wǎng)絡連接，且各種數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡來進行傳輸和交換的控制系統(tǒng)。近幾年來，對于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的研究已經(jīng)促使系統(tǒng)控制領域發(fā)生了很大的變革，這也使得網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在工業(yè)進程中扮演著越來越重要的角色。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)能大大地降低系統(tǒng)安裝和維護成本，提高系統(tǒng)的可靠性，靈活性，同時還減少了系統(tǒng)各模塊之間繁雜的接線。所以基于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的分析和設計在各行各業(yè)都有著很廣泛的應用，例如飛行器、制造工廠、機器人、汽車以及遙感外科手

2、術等。
　　然而，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)由于自身的物理特性使得它在運行過程中也有一定的缺陷，比如網(wǎng)絡傳輸延遲的現(xiàn)象；數(shù)據(jù)丟包的現(xiàn)象；數(shù)據(jù)信息沖突的現(xiàn)象等等。這些問題都會一定程度上影響到網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的運行性能，甚至會造成整個系統(tǒng)不穩(wěn)定。另外，在傳統(tǒng)的控制策略中，控制任務的執(zhí)行是周期性的。那么當整個系統(tǒng)處于良好運行性能之時仍然周期性地執(zhí)行控制任務就必然造成了通信資源的浪費，而且還增大了網(wǎng)絡的傳輸負載。在網(wǎng)絡帶寬有限的情況下，這種周期觸發(fā)控制任務

3、的方式也會影響到網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的運行性能及穩(wěn)定性的。還有，一般情況下，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的規(guī)模都是比較龐大的，而且其中的各個被控對象、傳感器，執(zhí)行器和控制器模塊在空間上都是分布的，所以傳統(tǒng)的集中式控制算法是行不通的，所以就需要引入分布式控制的思想。
　　綜合上述分析，針對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，近年來，基于事件觸發(fā)傳輸機制的控制策略受到了很多專家學者的關注。在事件觸發(fā)傳輸機制中，控制任務的執(zhí)行是由一個給定事件的發(fā)生與否決定的，即控制任務按需執(zhí)行。這

4、方面的研究已經(jīng)取得了一些不錯的成果，且具有很重要的理論意義，但仍然有一定的不足。所以，為了減少網(wǎng)絡帶寬資源的不必要浪費，提高網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的運行性能，同時彌補之前研究的不足，本文提出了一種新的基于事件觸發(fā)傳輸機制的控制策略。當網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中一個子系統(tǒng)的局部狀態(tài)誤差超過了一個給定的值時即觸發(fā)控制任務，傳輸它的狀態(tài)信息到它鄰近的子系統(tǒng)。相對之前的研究，本文的事件觸發(fā)傳輸機制是分布式的，只需要利用子系統(tǒng)的局部狀態(tài)信息。通過本文的研究，這種控制策

5、略能很好地保證整個網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的運行性能及穩(wěn)定性，并且降低了網(wǎng)絡帶寬需求，提高了網(wǎng)絡傳輸效率。
　　本文首先在理想情況下，分別構建包含非線性子系統(tǒng)和線性子系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)模型，利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析整個網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。通過穩(wěn)定性分析建立網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的分布式觸發(fā)事件，從仿真分析中可以看出本文所設計的觸發(fā)事件是可以很好地保證整個網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性，且控制任務觸發(fā)次數(shù)明顯要少于傳統(tǒng)控制策略。
　　在實際情況

6、下，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)都會出現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸延遲以及數(shù)據(jù)丟包的現(xiàn)象。針對這兩個問題，本文所建立的分布式事件觸發(fā)傳輸機制可以預測最大允許網(wǎng)絡傳輸延遲以及最大允許連續(xù)數(shù)據(jù)丟包量。當網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)丟包量小于最大允許連續(xù)數(shù)據(jù)丟包量并且網(wǎng)絡傳輸延遲為零時，整個網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是有限增益Lp穩(wěn)定的。如果網(wǎng)絡傳輸延遲小于一個給定的值，那么整個網(wǎng)絡控制系統(tǒng)也是漸近穩(wěn)定的。
　　針對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的濾波問題，本文研究了一類包含連續(xù)線性子系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的事件觸