基于混杂系统理论的网络化控制研究

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1、摘要混杂系统研究是控制科学与工程中的一个重要的研究方向。网络化控制系统是一个典型的混杂系统，本文利用混杂系统的建模、分析和控制方法研究了网络化控制系统的稳定性、优化控制与TCP拥塞控制的性能评估等问题。本文首先从建模、分析、控制综合、应用等多个方面对混杂系统的研究进展进行了比较系统的总结，并介绍了本文的选题背景和主要内容。其次，分析了网络化控制系统的基本特征，用采样数据反馈控制系统模型来描述网络化控制系统；利用具有时滞的混杂系统稳定性分析理论，推导了在采样时刻具有分段恒定时滞的采样数据反馈控制系统在采样周期为h时保持稳定的充分条件；在此基础上，设计控制器实现对网络化控制系统的镇定。

2、第三，采用时滞混杂自动机模型研究存在时滞的多模式网络化控制系统的稳定性，给出了系统保持稳定的充分条件，提出了构造多Lyapunov泛函来判断系统稳定性的方法：针对在时滞混杂自动机中连续性子系统为线性时不变时滞系统的情况，将寻找公共Lyapunov泛函的问题转化为一个线性矩阵不等式的求解问题，并分析该类系统的稳定性。第四，采用随机混杂自动机模型来描述TCP拥塞控制的“和式增加积式减少(AIMD)”行为：研究了拥塞窗口动态行为表现出的统计特征，得到了网络连接平均吞吐量的表达式；分析了丢包概率对网络吞吐量的影响，评估TCP拥塞控制性能；并研究了在广域网拥塞控制中重传定时器(Retrans

3、mJssionTJimer)的超时处理机制，得到具有一般性的结果。第五，采用分段仿射系统模型描述基于状态切换的多模式网络化控制系统，研究了在有限时间内，性能指标为2．范数形式的网络化系统的最优控制问题；给出了以多参数二次规划为工具，利用动态规划方法求解最优控制律的方法，并将最优控制方法用于对系统的镇定。最后，对本文所开展的工作进行了总结，并指出了需要进一步研究的工作。关键词：混杂系统，网络化控制，稳定性分析。拥塞控制，最优控制基于混杂系统理论的网络化控制研究AbstractHybridsystemshaveattractedconsiderableattentioninrecent

4、years．Networkedcontmlsystemsareregardedasatypicalclassofhybridsystems．Thestability,optimalcontrolofnetworkedcontrolsystemsandtheperformanceevaluationofTCPcongestioncontrolarestudiedinthispaperbasedonthemodeling，analysisandcontrolsynthesismethodologyofhybridsystemsinthisdissertation．Firstly,asu

5、rveyonthemodeling，analysis，controlsynthesis，applicationofhybridsystemsispresented，also，themotivationandtheoutlineofthisdissertationaregiven．Secondly,thebasicfeaturesofnetworkedcontrolsystemsareanalyzed，then，asampled—datafeedbackcontrolsystem，oneofmodelsofhybridsystems，isusedtomodeltheclassofne

6、tworkedcontrolsystems．Thesufficientconditionsofthestabilityforasampled-datafeedbackcontrolsystemwithsamplingperiodhandpiecewiseconstantdelayatsamplinginstantsispresentedbythestabilitytheoryofhybriddynamicalsystemswithdelay,basedonthisresult，acontrollersynthesisprocedureisproposedtostabilizethe

7、networkedcontrolsystemswithdelay．Thirdly,ahybridautomatonwithdelay(HAD)isaddressedtomodeltheclassofnetworkedcontrolsystemswhichexhibitmultiplecontinuousdynamics，basedonthismodel，thesufficientconditionsofthestabilityofallequilibriumofthe