网络控制系统的设计及其应用研究

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1、浙江工业大学博士学位论文网络控制系统的设计及其应用研究摘要通过资源约束网络实现地域上分布的传感器、执行器及控制器之间的信息交互从而实现被控对象实时反馈控制的这样一类网络控制系统近年来得到了广泛的关注。通信网络介入传统点对点的控制系统使得这类网络控制系统的分析和设计变得更为复杂，因此，如何设计和开发符合网络控制系统特点的先进控制策略已成为当前控制界面临的一个挑战性课题。本文综合利用网络技术、控制技术和计算机技术，对网络控制系统的建模、优化、控制器设计等问题展开研究，具体研究内容和取得的成果如下：针对工控网络环境下的控制系统业务特点，建立了非理想网络服务质量

2、状况下，控制器参数和网络参数的联合模型。分析了控制参数、网络参数和系统性能之间的关系，提出了基于控制和网络参数的联合优化问题，研究了优化问题的有效求解方法。针对网络控制系统的时钟同步问题，通过在数据包中附加路由信息，利用路由跟踪的策略，确定数据包到达目标节点所经过的路由器的数量，以此给出网络诱导时延的在线估计方法。通过对数据包路由信息的设置和网络路由瓶颈的分析，给出数据包传输周期的下确界和数据丢包的判别方法。针对网络服务质量对系统性能的影响，提出基于网络服务质量的网络控制器设计方法。分析了网络控制系统保性能控制器存在的网络服务质量依赖条件。通过求解线性矩

3、阵不等式，给出了控制器的参数化设计方法。针对远程控制中非理想网络服务质量下的控制器补偿问题，提出了给定系统性能指标和特定网络服务质量下的网络控制器设计方法，给出了基于非理想网络服务质量性能补偿的控制器补偿策略。针对远程控制实验系统具有多需求、多任务并且实时性要求离的特点，提出一种基于需求特征映射的软件体系结构，设计并开发了～套基于C／S与B／s的混合体系结构的远程控制系统，并在此基础上进行实验研究。最后，对全文进行了总结，并对下一步研究提出了展望。关键词：网络控制系统，网络服务质量，路由跟踪，随机耐延，控制器协同设计，优化，广义预测控制，软件体系结构lI

4、浙江工业大掌礴士学压￡论文DESIGNANDAPPLICATIoNSOFNETWORKEDCONTRoLSYSTEMSABSTRACTAconsiderableresearchattentionhasrecentlybeenfocusedonaclassofnetworkedcontrolsystems(NCSs)whichaletypicallyspatiallydistributedsystemswhereinthecommunicationbetweensensors，actuators，andcontrollersoccursthroughash

5、aredresources—limitedcommunicationnetwork．111einsertionofcommunicationnetworkintotraditionalpoint—pointcontrolsystemmakestheanalysisanddesignofcontrolapplicationscomplex．Themodeling，optimization，analysisandcontrolofnetworkedcontrolsystemsbymultipleutilizationofcomputing，communica

6、tionandcontroltechnologiesarestudiedinthisdissertation．Themaincontentsofthisdissertationareoutlinedasfollows：Firstly,acombinatorialmodelofcontrollingandcommunicationparametersfornetworkedcontrolsystemsispresentedbasedonanalysisoftheindustrialnetworkcharacteristics．Inordertooptimi

7、zeallunavoidabletradeoffbetweenthecontrolperformanceandnetworkparameters，anoptimizationalgorithmisestablished．Secondly,anonlineevaluationtechniquefornetwork—induceddelaybyredesigningtheapplicationprotocolwithoutanyadditionalapparatusisproposed．Acomputationalmethodfornetwork-induc

8、edtimedelayonlineevaluationandalowerboun