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开放式网络控制系统的研究与应用

陈宁宁  
【摘要】:开放式网络架构下的网络控制系统是一项综合性网络应用,在底层控制上属于闭环网络控制系统研究的范畴,在体系结构上体现了分布式控制的特点,在系统的设计上需要对网络性能和控制器设计进行综合考虑。本文基于非线性时变网络控制系统为研究对象,在网络协议、网络时延特性分析与预估、非线性控制方法等方面开展研究。 首先,本文作者从网络控制系统的历程入手,简要地回顾其发展历史,总结了一般规律,将开放式网络控制系统作为主要的研究内容。 网络控制系统作为信息技术与传统控制系统相结合的产物,通信协议很自然的成为关键要素。于是,在随后的第二章里,作者对目前网络控制系统常用的协议进行了对比分析,认为虽然出现了很多改进后的协议或是专用协议,以使其适于网络控制系统的需求,但这些改进后的协议有很多的专用限制要求和封闭性条件,而这和越来越明显的网络控制系统开放性发展趋势不一致,难以进行大范围的推广和应用。网络控制系统的开放性需要我们在通用协议的基础上加以改善,更为有效地满足人们对系统的充分应用。最后采用一种分布式计算技术XML-RPC:一种基于消息的远程编程方式,实现了一种新的远程设备数据采集和控制方法,并开发出相应的开放式远程控制系统。 然后本文对网络控制系统分析的核心:时延问题,包括时延的产生机理,时延模型,时延估计以及相应的控制策略和稳定性分析进行了阐述。接下来,作者从网络结构的角度出发,以Internet为网络架构对时延进行研究和分析,并加以预估。虽然Internet的控制机制和行为特征日趋复杂,使得对其越来越难以认识和把握。但是其特征可以通过它所承载的网络流量的特性反映出来,所以研究网络流量的动态特性,有助于揭示现代互联网络的工作机理,从而对基于Internet的网络控制的时延尤其动态时延有较好的把握。 最后,本文集中在控制策略方面,针对开放式网络控制系统的非线性时变特点,分别与鲁棒控制理论和多模型理论相结合,提出了各自新的算法。在应用前者时,建立了一时变多时延网络控制系统对象模型,结合应用于时滞系统的鲁棒控制理论,通过求解线性矩阵不等式,在满足一定性能要求条件下给出静态状态反馈控制,使得闭环网络控制系统二次型稳定并满足相应的性能指标。


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