收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

网络化控制系统的时延与丢包问题研究

张文安  
【摘要】:与传统点对点控制模式相比,网络化控制系统减少了系统布线,可节约系统设计成本,增强系统可维护性、交互性和故障诊断能力,已在众多领域得到应用。网络化控制目前也成为国际控制界的热点研究课题之一。 然而,利用有限带宽的通讯网络来传输现场级大量的实时数据给控制系统的分析和设计带来了许多新的问题和困难,其中,网络诱导时延和数据包丢失是最为常见的两个问题,是引起系统性能下降甚至失稳的主要原因。针对这两个问题虽然已有不少研究成果,但仍有许多关键问题尚未解决,特别的,分析并指出时延和丢包给控制系统设计所带来的根本困难,进而提出系统的建模、分析和设计方法,建立时延和丢包特征参数与系统参数和性能之间的关系(特别是定量关系),降低设计结果的保守性,具有重要的意义。这些是本文要研究和解决的问题。 具有时变时延的网络化控制系统主要存在以下几个问题:首先是由时延时变性引起的指数时变项问题;其次是由长时延引起的时序错乱问题,特别的,针对具有突发性大时延的情形,若在系统设计时仅考虑时延上界将带来极大的保守性;最后,需要建立时延特征参数与系统性能之间的关系。本文采用鲁棒控制和切换系统理论与方法解决这些问题,主要取得以下两方面成果。 首先,针对具有时变短时延的网络化控制系统,提出了不确定系统和切换系统两种方法解决指数时变项问题。在不确定系统方法中,将时延分解为名义部分和时变不确定部分,进而将网络化控制系统描述为一类范数有界不确定系统。在切换系统方法中,对时延进行了量化处理,将时延在一个连续区间内取值转化为在一个有限集内取值,将时延的时变性转化为系统模型之间的切换特性。基于这两种处理方法,给出了系统稳定化状态反馈控制器设计方法,并建立了时延上界、时延变化范围以及时延变化率与系统性能之间的关系。 其次,针对具有时变长时延的网络化控制系统,提出了切换系统和鲁棒控制两种建模和设计方法。在切换系统方法中,同时建立了时延上界和大时延发生率与系统性能之间的关系,给出的结论说明了:尽管大时延幅值可能很大,但只要其发生率足够低,则仍可设计稳定化状态反馈控制器。在鲁棒控制处理方法中,将大时延摄动下的系统部分动态描述为系统的不确定性,进而基于小增益定理给出了稳定化状态反馈控制器设计方法。 针对具有丢包的网络化控制系统,关键问题在于建立丢包过程特征参数以及系统参数与系统性能之间的关系。根据对丢包过程的不同描述,采用了随机系统、切换系统和时滞系统理论与方法解决以上问题,主要取得以下四方面成果。 第一,研究了随机丢包影响下的网络化系统控制问题。首先,针对具有集中式结构(系统所有测量输出/控制输入由一个节点发送/接收)的网络化控制系统,提出了稳定化状态反馈控制器设计方法,同时建立了丢包概率和最大连续丢包数与系统性能之间的关系。其次,针对具有分布式结构(系统的测量输出/控制输入由多个节点发送/接收)的网络化控制系统,提出了状态反馈控制器和调度协议的联合设计方法,同时建立了丢包概率和节点网络访问概率与系统性能之间的关系。 第二,研究了具有分布式结构的网络化系统在随机丢包影响下的信号估计问题。首先,考虑所有节点能在一个采样周期内完成数据包传输的情形,提出了网络化线性离散系统的H∞滤波器设计方法,建立了多个节点的丢包概率与H∞滤波性能之间的关系。其次,考虑所有节点未能在一个采样周期内完成数据包传输的情形,研究了网络化线性离散系统的线性最小均方估计问题,设计了最优滤波器、预测器和平滑器,同时建立了丢包概率和节点网络访问概率与最优估计性能之间的关系。 第三,研究了网络化控制系统的性能与丢包率之间的定量关系。利用切换系统方法提出了丢包影响下的网络化系统状态反馈和输出反馈稳定化控制器设计方法,建立了最大允许丢包率与系统指数衰减率之间的线性函数关系。 第四,利用切换时滞系统理论与方法研究了丢包影响下的网络化控制系统性能与采样周期之间的关系,建立了系统指数衰减率与采样周期之间的函数关系。 论文通过Matlab和Truetime软件对一些实例进行了仿真研究,验证了所提出设计方法的有效性。最后,对全文进行了总结,并对进一步的研究提出了展望。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘义才;刘斌;;具有时延和丢包的网络化切换系统控制研究[J];控制工程;2018年08期
2 孙德辉;郝冬冬;李志军;;考虑网络丢包的网络化控制系统的广义预测控制[J];北方工业大学学报;2009年01期
3 刘艳;姜顺;潘丰;;带有丢包的网络化控制系统非脆弱鲁棒H_∞控制[J];计算机工程与应用;2015年14期
4 刘艳;潘丰;;丢包网络化控制系统非脆弱量化H-_∞控制[J];信息与控制;2016年03期
5 王硕;禹梅;谭文;;具有丢包补偿网络化控制系统的量化反馈稳定性分析[J];系统科学与数学;2015年03期
6 刘永生;夏铭;文湘江;刘畅;;面向视频业务的丢包检测方法[J];邮电设计技术;2017年08期
7 王涛;雷婷;周建存;;基于丢包区分的IEEE 802.11 MAC改进协议[J];湖南城市学院学报(自然科学版);2016年03期
8 林晓峰;孙德刚;史林港;高锦春;;改进的基于纠删码的网络丢包恢复方法[J];计算机工程与应用;2011年26期
9 李如玮;鲍长春;;VoIP丢包处理技术的研究进展[J];通信学报;2007年06期
10 王培明;施寅;;VoIP中丢包隐藏技术研究[J];计算机技术与发展;2006年07期
11 李秀敏,王立,李桂苓;数字电视传送流丢包和丢包率研究[J];电视技术;2005年06期
12 ;飞来飞去的爱——中老越三国丢包狂欢节[J];普洱;2011年11期
13 张永;方华京;;基于随机丢包网络化控制系统的故障检测[J];华中科技大学学报(自然科学版);2009年S1期
14 孟青;;“丢包”骗局频现街头 民警提醒市民谨防上当[J];中国防伪报道;2015年12期
15 赵玉亮;;丢包博弈之谜:对互惠理论的挑战[J];产业经济评论;2016年03期
16 王赞;张聪;;基于丢包率的改进前向纠错算法研究[J];软件导刊;2014年05期
17 张肖;卢贵清;;“丢包骗财”是诈骗还是盗窃?[J];公民导刊;2013年02期
18 王慧清;;数据库系统网络丢包故障处理与分析[J];计算机光盘软件与应用;2013年13期
19 卢立华;申敏;;一种VoIP系统的语音丢包补偿方法[J];电脑知识与技术;2012年04期
20 麻海圆;孟相如;李哲;温祥西;朱子健;;基于模糊单类支持向量机的丢包区分算法[J];空军工程大学学报(自然科学版);2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 肖治;;传输跨产品丢包问题处理总结[A];内蒙古通信学会2017年优秀论文集[C];2017年
2 徐华涛;;如何分析互联网丢包的现象[A];第十届中国科协年会信息化与社会发展学术讨论会分会场论文集[C];2008年
3 宋燕;王景成;;基于丢包数的网络控制系统的稳定性分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 许圣洁;蔡秀珊;高虹;;网络控制系统输出反馈设计及最大丢包数的估计[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年
5 刘秀芝;戴亚平;;网络化控制系统的容错控制研究综述[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年
6 赵翔辉;郝飞;;一类非线性网络化控制系统的绝对稳定性[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 蔡胤;刘飞;;不确定时滞切换随机系统分析及H_∞控制[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
8 李德权;费树岷;孙长银;;基于方差约束的模糊不确定随机系统的输出反馈鲁棒控制[A];第二十二届中国控制会议论文集(下)[C];2003年
9 麻磊;张严心;;带有时延和丢包的网络控制系统的时间分割切换模型的建模与分析[A];第24届中国控制与决策会议论文集[C];2012年
10 王隔霞;李丽花;;多步长采样网络化控制系统的动态控制器的设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第六分册)[中南大学学报(增刊)][C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张文安;网络化控制系统的时延与丢包问题研究[D];浙江工业大学;2010年
2 袁智;离散网络化控制系统的建模与控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 李冰;基于输入延时法的网络化控制系统分析及控制方法研究[D];哈尔滨理工大学;2016年
4 肖寅东;网络状态监测仪中丢包检测算法及其实现的关键问题研究[D];电子科技大学;2013年
5 冯欣;基于视觉显著性的网络丢包图像和视频的客观质量评估方法研究[D];重庆大学;2011年
6 马卫国;具有时延和丢包的鲁棒网络控制系统研究[D];大连理工大学;2008年
7 王宝凤;网络化控制系统中状态估计问题的研究[D];大连海事大学;2010年
8 吴迪;基于切换的网络化预测及事件驱动控制的研究[D];大连理工大学;2015年
9 刘安东;网络化系统的滚动时域控制与估计研究[D];浙江工业大学;2013年
10 宋洪波;网络化控制系统的介质访问受限问题研究[D];浙江工业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张燕燕;具有时延和丢包的网络化控制系统分析和控制[D];浙江工业大学;2015年
2 于少冲;具有采样抖动的线性网络化控制系统的控制算法设计[D];燕山大学;2014年
3 尹姝;基于切换系统理论的网络化系统的控制与H_∞滤波[D];浙江工业大学;2009年
4 米婷;基于实测流量的丢包率研究[D];东南大学;2015年
5 袁园;具有丢包和通讯约束的网络化控制系统的故障检测[D];燕山大学;2014年
6 陈弢;网络语音传输丢包的恢复技术[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 刘春会;3G网络实时视频传输中的丢包控制机制研究[D];海南大学;2011年
8 张嘉慧;基于断层扫描技术的三级网丢包检测与分析系统的设计[D];国防科学技术大学;2014年
9 刘晨东;语音通信中波形域抗丢包技术研究[D];西安电子科技大学;2014年
10 周伟;基于粒子滤波的非平稳网络丢包层析成像研究[D];电子科技大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者;谁在承担商场丢包的责任[N];乐山日报;2006年
2 司马童;“导演丢包、局长过问”的牢骚事出有因[N];工人日报;2012年
3 王纪平;两例特殊的网络丢包排错案例[N];中国计算机报;2008年
4 本报记者 张宏雷;美容时丢包 消费者获赔[N];中国消费者报;2000年
5 本报编辑部;购物时丢包 商场该否赔偿[N];中国消费者报;2001年
6 徐庆举;江苏画家坐车丢包 天津的哥完璧归赵[N];天津日报;2008年
7 ;丢包者:拿回发票及重要证件 拾包者:拿走包内现金及值钱物品[N];金华日报;2005年
8 鄢德良;丢包骗子专诈病人救命钱[N];四川法制报;2015年
9 陆峰;外包企业可望告别“塞车”“丢包”烦恼[N];新华日报;2007年
10 本报记者 梁家俊通讯员 钟文方 潘金艺;这些妇女为何陷入“丢包”之劫[N];法治快报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978