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《北京交通大学》 2011年
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基于混杂建模和预测的网络环境下控制和调度的联合设计

张丽君  
【摘要】:网络控制系统(Networked Control Systems, NCSs)是指通过通信网络实现典型空间分布的传感器、控制器和执行器之间的信息交互,来对被控对象进行控制的反馈系统。作为计算机网络技术在控制领域的延伸,网络控制系统具有广泛的应用前景。网络控制系统的控制和调度的联合设计是目前的热点研究方向,需要进一步地深入地研究。混杂系统是控制科学与工程中的一个重要的研究方向,而网络控制系统是一个典型的混杂系统,所以将混杂系统运用到网络控制系统的研究中具有重要意义。预测控制采用多步预估技术,使得它可以有效地解决网络控制系统中的时延等问题。本文基于这两个方面的方法对网络控制和调度的联合设计进行了研究。 本文首先描述了网络控制系统的定义以及存在的基本问题,介绍了混杂系统的建模方法,以及现有的基于混杂系统的网络控制和调度研究现状;然后,针对一个具有通信约束的多输入多输出网络控制系统,提出了一个预测控制和调度的联合设计方法,并通过TrueTime工具箱进行了仿真验证。 其次,介绍了网络控制系统的混杂描述和建模方法。在混合逻辑动态模型的框架下对具有介质接入约束的网络控制系统进行建模。基于此模型,将网络控制系统的最优控制问题转化为一个有限时间最优控制问题,然后运用混杂系统模型预测控制的方法解这个问题,得到最优的调度序列和控制序列,并利用产生的控制序列来减轻网络中的时延的影响。这种方法同时优化调度序列和控制序列,实现了真正意义上的动态调度和控制联合设计。 然后,针对网络控制系统中的带宽约束和时延问题,建立了网络控制系统的切换系统模型,用周期切换系统的理论来研究网络控制和调度的联合设计问题,并结合容错控制方法得到使系统渐近稳定的方法。进一步,运用预测控制的方法对网络中的通信约束进行补偿。仿真结果表明,在所设计的调度和控制策略下,网络控制系统渐近稳定且具有较好性能。 最后,对本文所开展的工作进行了总结。 图42幅,参考文献57篇
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP273

【参考文献】
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【共引文献】
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