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1、硕士论文具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 目录 摘要。I A b s t r a c t I I 1 绪论。1 1 1 研究的背景和意义l 1 2 网络控制系统中的基本问题及研究现状。1 1 2 1 节点的驱动方式1 1 2 2 网络诱导时延2 1 2 3 单包传输和多包传输2 1 2 4 数据包丢失3 1 2 5 数据包时序错乱3 1 3 具有网络资源约束的网络控制系统立4 1 3 1 介质访问约束4 1 3 2 位速率约束5 1 4 本文的主要工作6 2 具有通信约束的N C S 动态调度与反馈控制协同设计8 2 1 引言一8 2 2 动态调度算法与状态反馈控制的协同设计8
2、2 2 1 问题描述。8 2 2 2M E F T O D 调度与状态反馈控制1 0 2 2 3 基于稳定性的M E F T O D 动态调度与反馈控制器设计1 2 2 2 4 仿真算例1 4 2 3 动态调度算法与上乙反馈控制的协同设计1 7 2 3 1 问题描述1 7 2 3 2 基于稳定性的M E F T O D 调度与上匕反馈控制器设计1 8 2 3 3 仿真算例。2 3 2 4 结论2 5 3 网络控制系统的静态量化调度算法与反馈控制协同设计2 6 3 1 引言2 6 3 2 量化器2 6 3 3 静态量化调度算法与状态反馈控制的协同设计2 6 I I I 目录 硕士论文 3 3 1
3、 问题描述2 6 3 3 2 静态周期量化调度算法与状态反馈控制2 9 3 3 3 基于稳定性的静态周期量化调度与状态反馈控制器设计3 0 3 3 4 仿真算例3 2 3 4 静态量化调度算法与玩反馈控制器的协同设计3 4 3 4 1 问题描述3 4 3 4 2 基于稳定性的静态周期量化调度与鲁棒以控制器设计3 5 3 4 3 仿真算例3 9 3 5 总结4 0 4N C S 的动态量化调度算法与动态输出反馈控制协同设计4 2 4 1 引言4 2 4 2 问题描述4 2 4 3 动态量化调度算法与动态输出反馈控制的协同设计4 5 4 3 1M E F T O D 动态调度算法与动态输出反馈控制
4、4 5 4 3 2 基于稳定性的动态量化调度算法与输出反馈控制器设计4 6 4 4 仿真算例5 2 4 5 总结5 4 5 总结与展望5 5 5 1 工作总结5 5 5 2 研究展望。5 5 致谢5 7 参考文献5 8 附录6 3 w 硕士论文具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 尺 Z + R ” 尺“肼 I d i a g ，九，九) d i a g ( r 1 ) 彳r X Y 厶 o ，哟 矩阵中的 注释表 实数 正整数 丹维欧几里德空间 n x m 维实矩阵 适当维的单位矩阵 对角元素由 ，如，九组成的块对角矩阵 对角元素由向量叩的每个元素组成的对角矩阵 矩阵彳的转置 矩阵
5、彳的2 范数 在X 、】，都为对称矩阵时，代表X 一】，正定 所有有限能量信号构成的集合，即厶 o ，) = 厂：f o 厂( ，) 0 2 刃 0 ，使得 形+ s M M r + s 一1 T N 0 ，下列矩阵不等式成立： X T Y + Y TX X TX + 8 - 1 Y T Y 定理2 1 对于上述M E F T O D 动态调度算法及反馈控制器( 2 8 ) 的作用下的闭环网 络控制系统( 2 1 1 ) ，若存在一系列对称正定矩阵丑，昂，使得下列矩阵不等式成立： 曙墨 0 ( ，= 1 ，2 ，N ) ，使得下列线性矩阵不等式成立： 1 2 硕士论文具有资源约束的网络控制系统
6、调度与控制的协同设计 一Xi + i D q D ：G i x l 0 H H l K i 厶t 0 I 一置( - E I - Z ，) 1 0 置 l 一毛，E l l i K 今0 |- ： ：? 三 则闭环网络控制系统( 2 1 1 ) 渐近稳定。 证明：将式( 2 1 2 ) 代入式( 2 1 3 ) 得： 经过变换得： ( 2 1 4 ) Pq K ”紫皿酗f 厕 0 为给定常数，称系统( 2 2 5 ) 是渐近稳定的且具有矾性能指标y ， 若存在一个状态反馈控制律甜( 尼) = K 圣( 后) ，且满足以下条件： ( 1 ) 闭环系统是渐近稳定的； ( 2 ) 在零初始条件下，干
7、扰输入w ( 后) 和被调输出z ( 后) 满足忙( 七) 0 ： 0 ，使得下列矩阵不等式成立： 一P l 00 0 M T l醚N T i盛 一Q i 00 磁( I - A ，) r磁0 一弓0磁0( ，一F I ，) 2 0 一Y 2 iH j 00 峨 一巧1 000 一9 1 00 母掌 一巧1 0 毒 一， 则称系统( 2 2 5 ) 是渐近稳定的，且具有玩性能指标) ，。 1 8 0 ，状态反馈增益矩阵K ，以及一组标量a t 0 ( ，：1 ，2 ，N ) ，使得下列线 性矩阵不等式成立： 2 0 硕士论文 具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 幸 哗S 0 【(
8、岛( ，一) + 墨蝎r 碍 - X j j r 0 O 一H ) Z I r O 0 O 乏 蝌、 0 O0 0 ( - 皿互) r 臂0 O 0 00 00 。，0 _ 8 。I i = c r ( k ) 1 ，Z ，册 y = o - ( k + 1 ) e 1 ，2 ，册 则闭环网络控制系统( 2 2 5 ) 渐近稳定，且具有风性能指标) ，。 证明：根据式( 2 2 5 ) 和式( 2 2 7 ) ，式( 2 2 6 ) 可转化为： - e , 0 啕 幸 0 0 O 彳l 由引理2 2 可将式( 2 3 2 ) 转化为： - P , 0 奎电 幸 木 0 似+ 明融尸吖 0 嘲(
9、 ，吐矿C I - 4 ) r 0 嗡( ，q ) + 置f 0 彳I战0 可0 刮 K ( ，一A 厂 O O O 叫 0 ( 4 x , y 0 一A ) 玎 00 O0 B o r a x ；0 OO H K 0 O0 m x ；0 。，0 L f 1 ， 0 【一1 ( 2 刀+ 1 ) 1 ，玎 0 ，屈 0 ( i = 0 ，1 ，T 一1 ) ，使得下列线性矩阵不等式成立： 3 0 硕士论文具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 - x , + l + a , B I I ，n a r G i X t + E 入i I 毒l 0 -x,0 一c I l I 0 I n i
10、 K i 入i + 砭入i 00 0 K A i - 3 , 1 0 一9 i I m l K l k 0 0 X l K iL j 0 9 i 1 1 0 O0 一IQ 一， 詈髻 2 1 爿 詈髻 ( 3 3 。， 则称系统( 3 2 8 ) 是渐近稳定的，且具有以性能指标y 。 证明：( 1 ) 渐近稳定性：对于系统( 3 2 8 ) 当不考虑干扰时( 疗= 0 ) ，选取分段L y a p m 0 V 函数y ( z ( 七) ) = Z T ( 七) z ( 七) ，贝I J 矿( z ( 七) ) = z T ( 七+ 1 ) 只+ l z ( k + 1 ) - z 7 ( 七)
11、 只z ( 后) = z T ( 尼) j 只+ l ，z ( k ) - z 7 ( 后) 只z ( | j ) = ，( 七) ( ；及。电- P D z ( k ) 由式( 3 3 0 ) 得： R 搿肠豆鬻l O ，屈 0 ( i - 0 ，1 ，T - 1 ) ，使得下列线性矩阵不等式成立： - x , 0( G 五+ 取五五) r ( 蟊) r 00 00 五 l 吖2 ，伊00 0000 卜 也+ q 矾珥伊0 00 砸K A + 取硇K 厶0 卜 事 一 ooooo I 搴 - q ，0K AK 0 | 幸 母嵋1 0 屈0 I 幸 聋 咱1 00 卜 ： ： 三 则闭环网络控
12、制系统( 3 2 8 ) 渐近稳定，且具有风性能指标y 。其中厶= 【八 证明：根据引理2 1 ，式( 3 3 0 ) 可转化为： 一只0 一y 2 ， 将式( 3 3 0 ) 代入式( 3 3 2 ) 得： a , f 伊 A T0 一只：0 一， ， 即r ，( 后) = d i a g A ，H ， 。定义误差为： m ，= IP 器I = ( 拦：0 Z 鬈勰) 根据M E F T O D 动态调度算法可得切换函数： o - ( k ) = a r g m a x l l r “ 。( 后) P ( 驯，l i t ：( 后) P ( 酬，0 r ( 七) P ( 酬) ( 4 I I
13、 ) 其中a r g 定义为一个取下标函数，L ( f = 1 ，2 ，N ) 对应第f 种模态，a ( k ) 1 ，2 ， 。 采用离散动态输出反馈控制器： t ( 川12 t ( 七! + 娴 ( 4 1 2 ) u ( k ) = C ：( 女) ( 七) + 见( t ) 夕( 七) 其中t ( 忌) R ”，夕( 七) R 7 ，u ( k ) R ”分别为控制器的状态变量，输入向量和输出向量， Z ( ”、怠( 。) 、乞( 。) 和虞( 。) 为引入T O D 动态调度算法后与不同切换子系统相对应的控 制增益。因此引入动态量化调度算法和动态输出反馈控制器所得的离散切换系统模型
14、为： x ( 后+ 1 ) = 彳x ( 后) + 8 0 五( k ) + 蜀五( 后- 1 ) y ( 七) = C x ( k ) y ( k ) = 人口( t ) g ( 少( 后) ) + ( ，一人a C k ) ) 夕( 七一1 ) 髫：勰鍪“A2 瑟卜凡弦 _ 1 m ) l ，2 ，) ( 4 1 3 ) 9 ，( y ( 七) ) = ( ，+ ，) y ( 后) u V 。，L I ”J “1 。7 Q ( “( 尼) ) = ( ，+ 。) “( 七) t ( 七+ 1 ) = 以( I ) 艺( 七) + 尾( 1 ) 夕( 七) u ( k ) = G ( 女 (
15、 忌) + 见( ) 夕( 七) 所以闭环网络系统为： 4 5 4N C S 的动态量化调度算法与动态输出反馈控制协同设计 硕士论文 - 1 ) + 1 ) + H k o 鸠础 ( I ) 疗( 七 k - 1 ) ( 4 1 4 ) ) 其中，必州= 彳+ 上) 心女) ( ，+ 色) 上k ) ) U + 今) c ， 纽D = ( ，+ A ) ( b ， 坞嘶) = 昂I ) ( ，+ l f ) I ) U 一) ) ，鸩吣) - - B o ( Z 一珥( ”) + 犀，M m ) = I ) ( ，+ 今) c ， 2 叫七) = 吃( I ) U 一( t ) ) ，q a
16、( I ) = ( I ) ( J + 今) c ，G 2 口( I ) = I 一人口( I ) ， q 叮( 七) = H 叮( I ) ( ，+ 。) 珑( 女) 人j ( ，+ ，) C ，马叮( I ) = 心( 1 ) ( ，+ 色) C ( I ) ， 马d ( 七) = H d ( I ) ( ，+ 。) 见( 七) ( ，一人仃( ) ) ，峨口( I ) = ，一兀叮( 七) 。 闭环系统( 4 1 4 ) 为一个具有不确定性参数的任意切换系统，切换序列由切换函数 式( 4 11 ) 决定，且当前时刻知道当前所处切换子系统。 4 3 2 基于稳定性的动态量化调度算法与输出反
17、馈控制器设计 定理4 1 针对上述动态量化调度算法及输出反馈控制器( 4 1 2 ) 的作用下的闭环网 络控制系统( 4 1 4 ) ，若存在四组对称正定矩阵丑，昱，昂、g ，Q 2 ，级、墨，是，R N 和墨，使得下列矩阵不等式成立： 。毙嚣j 黑j f l ，2 ，册 则闭环网络控制系统( 4 1 4 ) 渐近稳定。 证明：根据文 6 4 1 中的定理2 ，选取L y a p u n o v 函数 矿( 七) = x r ( 七) x ( 七) + t r ( 后) 璺：t ( 后) + 夕r ( 七一1 ) R 夕( 后一1 ) + 玉r ( 七一1 ) S f i ( k - 1 )
18、则 七 一h v 枷肛 ”卜。埔 删删胁钾渺槲 一一一一 M 叶妒护“副灭以 W 磁联磁o o o 钟。嘭o o o畸掌 W 彳磁o o吻。事懈磁磁磁哆。 o o o，。 事 。 。 o o咄。幸o电謇。母。 七 事 。 。 事 。 。 。 硕士论文 具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 其中 = A V ( k ) = V ( k + 1 ) - v ( k ) = ，( 七+ 1 ) C x ( J | + 1 ) + 艺r ( 七+ 1 ) 龟! ，艺( 七+ 1 ) + 夕r ( 后) 弓夕( 七) + 五r ( 后) 弓五( 七) 一x r ( k ) g x ( k )
19、- x 。r ( 七) 重I 艺( 七) 一夕r ( 七一1 ) 尽夕( 七一1 ) 一五r ( 七一1 ) 五( 七一1 ) = I x r ( 七) x f ( 七) 夕r ( 七一1 ) t 鑫r ( k - 1 ) ( D x ( 后) x A k ) y ( k - 1 ) 五( 七- i ) 嚣张磁糍刚糍兹啪觋弓q + q 弓凰嵋讽弓弓q + 扁譬风 q 壤叼掣 磁甏警”鬻必甏署地磁忡磁讧+ 磁譬包城薯一Q + 磁S 马 4。141 臻嚣磁鬻刚嚣器s 毗+ 张弓G + 碍S + 磁S 蝇弓G + 碍S 马一S 卅礓叼羽 坳+ 磁号凰磁弓尥+ 磁S 磁e 坞+ 磁$ 嘎磁弓坞+ 磁S
20、 一S 因此，A V ( k ) 0 的充要条件是 0 。由引理2 1 0 与式( 4 1 5 ) 等价，则闭环系 统( 4 1 4 ) 渐近稳定。证毕。 由于式( 4 1 4 ) 中有不确定参数，和。，并且，。T 。，则可得到如下 定理。 定理4 2 针对上述动态M E F T O D 量化调度算法和输出反馈控制器作用下的闭环网 络控制系统( 4 1 4 ) ，若存在四组对称正定矩阵日，最，昂、Q ，Q ，Q 、墨，R ，凡 和S ，岛，& ，以及两组标量q ，口2 ，a N ，6 l ，6 2 ，6 ，使得下列线性矩阵不等式成 立： 4 7 4N C S 的动态量化调度算法与动态输出反馈控
21、制协同设计 硕士论文 舭0 00 ( 桫 灯婶灯0 0 0 白灯0 仰灯 唧00 晦删晖( 矿0 0 0 国) r0 嗡订l 留0 0 毒A0 00 0 I 枣+ 冠0姒0 00 0l 0 奉 ： 鼍 乞oo 驰 o I 事奎 幸 - o , 10 鳓0 ( 认) rl 囊幸 幸 事书0 0 酗I 幸 幸 书0 0 l 奎 幸奉 - 4 0 I 宰 0 l 意卷j 黑 ， 1 ，2 ，册 则使得闭环网络控制系统( 4 1 4 ) 渐近稳定的动态输出反馈控制律为： 艺( 七+ 1 ) = 9 1 以砟( 七) + 9 1 吃夕( 尼) z ，( 七) = C , x A k ) + 口夕( 后)
22、 证明：将式( 4 1 4 ) 代入式( 4 1 5 ) 得： 00 0 【懈玎( ，峨娥( ，坞灯瞅( ，坞灯睑( ，坞) q r 叮( ，峨哦呲) q 1 木电0 0 阳( ，坞灯孑0町呲灯I 宰书0 陋她( ，也) 酗t 矿晴( ，吐矿( s - 4 厂 盯( ，峨) 酗以矿l ：二- 搴4 刚埘 3吕u 吉厂 I 卸 幸木搴 一 nnnI 、V 木木 呵0 0 f 幸事宰 - q 0 l 事木事母幸 事 母 I 经过变换得： ( 4 1 7 ) 硕士论文具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 曰0 0 电0 咄 + 0 M + 岛q ( ，+ 色) 应A c 】r 0 【岛B
23、( ，+ 屯) e 】r 0 【岛n j ( ，+ l ，) 巨( ，一A 圹 - s , B o ( I q ) + 届】r 呼1 幸 0 0 O 0 岛B ( ，+ l f ) 口A 置A A r L ( ，+ I f ) 口 【n ( ，+ 色) 应A 砰 【q ( ，+ l ，) C ：r _ 【玛( ，+ 屯) 应( ，一A ) 】r U 一皿) r O O O 4 1 今【co 0 000 0o 】+ 【c 0 0000 0o r 由引理2 2 ，上式等价于 唧0 0 0 幽+ 岛H ( ，+ l f ) 口A C f 电0 0 【明( ，+ 色K I f 写0 【晟q U + 色
24、) 口( ，一 ，) 】1 - s , B o U q ) + 且l I 哼1 再由引理2 1 ，式( 4 1 8 ) 等价于 国人，n 翟0 噙( ，一A 矛( ，一A 厂 O0 00 呀1 0 历1 尾n ( ，+ 色) 套AI o E A 人， q ( ，+ 色) 口A 【H ( ，+ 色) 应A 矸 叽( ，+ I f 砖r 叮( ，+ I f ) 应( ，一A 炉 U I - L ) T 0 0 0 呵 + q 【c000000O T 【c 0000000 1 o ( 4 1 8 ) 4 9 r y 曙o o o M 叭 o o o o M 趴A 蚴 H 副 F =iijiiijji
25、ijii儿 眺 叭 o o o o M 趴A 蝴 K U r I 昂 r + q c r C0 00 悯呲) 认盯陬n c f 叮( ，坞) 私盯 电00 嵋0 毒 幸 嘲( ，也灯彳0叮( ，+ 色灯 嘲( ，+ A 痢吐) r ( 毒( ，- A 矿( ) r 吸( “A ) 砸以矿 嗡( ，- q ) + 目1 r 00 岫) r 掣0 00 留 木 0 同理，可消除不确定参数。，则式( 4 1 9 ) 等价于： 唧+ q c 0 0 0 以+ 明饥c 厂 - Q 00 ) r 嵋0 【后m 白( ，一A ) r 嘀嗡( ，一q ) + 墨l r 国A 秽n ：0 ( 毒( ，一A )
26、旷( ，一A 厂 O0 00 0 O ( 4 1 9 ) 皿认C ) r 0 0 ( 扒 皿e 厂0 0 毒 叮由( ，一A ) r 0 0 旺( ，一A 妒 ( ，一) = f 00 0 0 明讹匆明0 0 私0 0 0 A 0 0 掣q 吼匆q 0 1 ，0陬厂 电1 0 幸6 ， 将式( 4 2 0 ) 分别左乘和右乘幽昭 ，C ，g ，q ，l ， ，则得到： - a 00 阑 唧0 哆盯帆矿 哪( ，珊咽】r 令五= g 互，或= g 宣，将上式转化为： O 骅A 叭 弓耳 叫 O ( 4 2 0 ) ( 4 2 1 ) 哈 耳 弘 删 o o o o也队A蝴币 o o o o M私
27、A坳掣 瓢 U 耵 q 弩 幸 事 事 o母。 ：j q 奎 。 。可。 o o o o孵o o椰。书。 o o o o卿o o岍。书。 o o o 舛 弓 鬻掣三i 去 矿A ， o h o o o 屿。 奎。奎 晖 矿 缈攀。： 蜉 ，幸 。 事 + 硕士论文具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 + C0 0 - g 0 吨 ( 矽( 弘C ) r 晖A 0 Z 0 0 ( 恿( ，一A ) 旷晖( ，一A ) r P , g ( I - r t ) + 墨f 0 0 嘭0 0 吃0 吨 OO 0 0 O0 晖( ，一H 矿0 O0 0 辱A 0 弓A 喝0 1 ， 0 也蝌 0
28、 毽 0 嗡( ，一A 矿 00 0O OO 00 OO 0 ( 饥厂 乇1 0 呐， D A CGD , ( I - 4 ) 00000 日A 匆0 Hz 狐ce 日( ，一A ) 00000DA白0A I 1广 1， 根据引理2 3 ，取g = 1 ，则上式可转化为： - P + c0 0 0 电00 0 墨 刚晦峭 0 Z 0 晦( ，一A 矿 明忍( ，一q ) + 日I r 0 嘭0 啕 OO O0 0O s , ( i - q g 0 00 0 忍A 0 叭 鸣0 可 0 迫蝌 0 0 国( ，咄矿 OO 0O O0 OO 00 0 ( 认厂 咱1 0 幸 咱， ( 4 2 2 )
29、 广1 r 厂 A 1 叫0 , WGa l - 4 ) 0 0000 砒白0 lD A CGW 吐) 00000 讹白0 l o ( 4 2 3 ) 5 l O O 0 a：r o o o o 单o o 灌o o o o o o o删o o 驴o o o o o o o 耵o o 鸿o o o o o o o删o o 旷o o o 州。州。吗。 r L o o o o职o o 洱o o o o o o o删o o 旷o o o o o o o 职o o 灌o o o o o o o删o o 旷o o o 4N C S 的动态量化调度算法与动态输出反馈控制协同设计 硕士论文 再由引理2 I ，
30、式( 4 2 3 ) 与式( 4 1 6 ) 等价。证毕。 4 4 仿真算例 考虑如下N C S 的被控对象状态方程： 戈c ，= - ! 三 x c ，+ ： “o ， 戈( 7 ) 2I - 2 3P + l 1P y ( ? = 醐m ) 其中传感器的采样周期办= 0 0 2 s ，时延靠= O 0 0 4 s ，由式( 4 2 ) 进行计算可得到如下参 数： 彳_ 0 9 9 8 8 嬲 ，岛= L 0 0 0 0 0 6 6 j ，骂= 0 0 0 0 4 假设在每个采样周期内该网络控制系统的反馈通道和前馈通道允许数据传输的字 节6 订位数最大值是R = 1 0 和R ，= 1 0
31、，并且为了保证数据成功传输，带宽最大占用率 为，= 8 0 ，量化信号精度要求的最小位数为A 秆= 8 。因此在每个采样周期内仅允许一 个输出量和一个输入量通过网络量化传输，即d v = 吃= 1 。由于该系统有一个输入和两 个输出，因此该网络控制系统具有两种切换模态，分别由s = 1 o 1 1 、岛= 0 l 1 1 表示。给定量化器的量化范围为一5 ，5 1 ，量化精度P = 8 ，因此根据闭环系统式( 4 1 4 ) 和定理4 2 ，利用M a t l a b 中的L M I 工具箱求解，并根据式互= Q - 1 五一和骞= 9 1 雪，得出 动态控制器增益： 乞r0 2 7 4 8
32、- 0 0 4 81 “ 乞 r0 2 7 6 3 - 0 0 5 0 3 “ 1 4 2 l 一0 0 4 8 50 2 7 6l 4 - - I 一0 0 5 0 60 2 7 0 5l 宣= 珊怒苫嬲 ，恳- L 圳0 0 毗0 2 4 3 9 8 吉渊 盒= 【_ o 0 4 7 0 3 90 0 4 7 4 4 】，幺= 【_ o 0 4 6 2 6 40 0 4 5 9 2 8 】 A = 【- o 0 1 7 3 20 0 2 2 3 4 】，龟= 卜0 0 2 5 3 50 0 1 9 9 7 】 在求得控制器增益后，利用T r u e t i m e 工具箱进行上述网络控制系
33、统的仿真，其仿真 模型结构见图4 2 。其中传感器、调度器、量化器、控制器和执行器均由实时内核模块 构建。 基于上述协同控制方法的闭环网络控制系统的输出响应曲线见图4 3 ，系统切换模 态响应曲线见图4 4 。图4 4 中曲线值为l 表示在该时刻系统切换到模态焉运行，曲线值 5 2 硕士论文 具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 为2 表示在该时刻系统切换到模态运行，可见该N C S 在M E F - T O D 动态量化调度算法 与动态输出反馈控制的协同作用下是渐近稳定的。 图4 2 基于T r u e t i m e 的仿真模型结构图 图4 3 输出响应曲线 5 3 差_ j o
34、 4H C S 的动态量化调度算法与动态输出反馈控制协同设计 硕士论文 4 5 总结 3 2 5 2 暑1 5 E 1 O 5 O t t O 0 5 11 522 5 33 5 44 55 t $ 图4 4 切换模态响应曲线 本章针对一类具有带宽约束和固定短时延的网络控制系统，将系统建模为一类具 有不确定参数的离散切换系统，采用一种水平一中心型均匀量化器，该量化器的量化精 度由所分配的量化位数确定，并根据被传输信号的最低精度要求给量化器分配位数， 从而确定能通过网络传输的信号个数，+ 再利用M E F T O D 动态调度算法调度传输信号， 实现了动态调度算法与量化协同控制。提出了一种基于动
35、态量化调度算法与动态输出反 馈控制器协同设计的方法。 硕士论文 具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 5 总结与展望 5 1 工作总结 本文结合静态周期和动态M E F T O D 调度算法、量化控制方法、切换系统理论、 L y a p u n o v 稳定性理论和鲁棒控制方法，研究了具有资源约束的网络控制系统的调度与控 制协同设计问题，主要内容完成如下： l 、针对一类具有通信约束的随机短时延网络控制系统，提出了一种基于M E F T O D 动态调度算法与反馈控制器协同设计的方法。首先考虑通信约束和随机时延的影响，将 系统建模为一类具有参数不确定性的离散时间切换系统，然后利用切换
36、系统理论和 L y a p u n o v 稳定性理论，以L M I 的形式给出使闭环系统稳定的充分条件，并进一步设计 状态反馈控制器和鲁棒玩控制器，保证系统具有良好的鲁棒性。最后利用 M a t l a b S i m u l i n k 仿真软件及其T r u e t i m e 工具箱进行算例的仿真验证，结果表明了该方法 可行。 2 、首先介绍一种水平中心型均匀量化器，通过分配带宽给量化信号，该量化器可 将量化与调度算法结合考虑。针对具有位速率约束的网络控制系统，基于该量化器提出 一种静态周期量化调度算法与状态反馈控制的协同设计方法，利用扇形界方法将量化误 差描述为扇形界不确定性，则系统
37、被建模为一类具有参数不确定性的离散切换系统，采 用周期切换系统理论和L y a p u n o v 稳定性理论，设计状态反馈控制器以保证闭环系统渐 近稳定。并进一步基于该算法设计鲁棒玩控制器，同时保证闭环系统具有良好的稳定 性和鲁棒性。最后利用T r u e t i m e 工具箱构建仿真模型，通过仿真验证了该方法是有效性 的。 3 、针对一类具有带宽约束和固定时延的网络控制系统，提出了一种基于M E F T O D 动态量化调度算法与动态输出反馈控制器协同设计的方法。采用水平中心型均匀量化 器，并根据被传输信号的最低精度要求给量化器分配位数，同样利用扇形界方法将量化 误差描述为扇形界不确定性
38、，将系统建模为一类具有参数不确定性的离散切换系统， 以L M I 的形式给出使闭环系统稳定的充分条件，并进一步设计动态输出反馈控制器。 最后进行数值算例仿真设计，结果表明了该方法是有效可行的。 5 2 研究展望 具有资源约束的网络控制系统的研究涉及到控制、计算机、通信、网络等多个学科， 这是一个非常复杂的研究领域，虽然本文已经给出了一些研究结果，但是依然存在很多 问题需要被进一步研究。主要问题如下： 5 5 5 总结与展望 硕士论文 1 、针对具有通信约束的N C S ，可以考虑结合智能控制方法提出种智能调度算法 调度网络节点，从而使N C S 具有更好的控制性能。 2 、针对具有位速率约束的
39、N C S ，本文使用的量化器都是水平中心型均匀量化器， 该量化器的是静态量化器，且量化范围有限。因此需要进一步研究基于其他量化器( 对 数量化器、动态时变量化器) 的量化调度算法与控制器协同设计的问题。 3 、本文在第四章虽采用了动态M E F T O D 量化调度算法，但是并没有真正通过调 度量化器的量化精度实现量化调度算法的设计。这部分内容仍有待研究。 硕士论文具有资源约束的网络控制系统调度与控制的协同设计 致谢 近三年的研究生学习生涯转瞬即逝，三年来的学习生活历历在目，令人感慨万千。 值此论文完成之际，谨向多年来给予我帮助和关心的老师、同学、家人和朋友表示由衷 的感谢。 首先，要感谢我
40、的指导老师周川教授，本论文是在周老师的悉心指导下完成的。从 开始的资料收集和选题，到选择研究方法和仿真验证，周老师都会仔细和我讨论，及时 指出我的错误，帮助我顺利完成研究工作。周老师严谨的治学态度，精益求精的工作作 风，追求创新的科研精神都深深激励着我。这也必将对我今后的学习和工作产生深远的 影响。 其次，我要感谢教导过我的所有老师们。 当然，我也要感谢和我一起学习的3 1 0 教研室的同学们，谢谢大家在我的论文研究 中给予的帮助和指导，以及在生活中给予的照顾。 最后，我特别要感谢我的父母和朋友，感谢爸爸妈妈多年的支持和关爱，感谢朋友 们的陪伴，感谢你们在我疲惫的时候陪在我身边安慰我开解我。 5 7 参考文献 硕士论文 参考文献 【1 】Z h a n gW ，B r a n i c k yM S ，P h i l l i p sS M S t a