探究开放式网络控制系统的研究与应用

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1、洳≥：j、博士学位论文所在学院电氢王程堂暄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

2、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

3、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

4、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■次型稳定并满足相应的性能指标。浙江大学学位论文而开放式网络控制系统的模型结构或参数往往是不确定的，使得我们很难对其建立一个较为精确的模型。在估计系统状态的同时还需要辨识系统的结构，使很多常规算法对系统辨识产生延迟与误报，从而对估计发生严重偏差。多模型算法由于其独有的处理具有结构和参数未知或变化以及将复杂问题简化为简单问题的能力，近年来受到了高度的重视，但未见到与网络控制的结合。本文首次尝试将多模型理论与控制网络相结合，将时延映射为构造模型集的关键指标，提出一种新

5、的算法来实现网络控制系统，从仿真结果看，控制效果令人满意。关键词：网络控制，时延，协议，非线性，多模型，鲁棒控制AbstractTheopennetworkedcontrolsystemisanintegratedapplications．Atthecon-trollevel，itbelongstotheresearchareaofnetworkedcontrolsystem．Atthecon-trolarchitecturelevel，itisadistributedcontrolsystem．Andthecontrolstrategyneedstosynthesist

6、henetwork’Sperformanceandthecontrollerdesign．Inthisdis-sertation，thekeyproblemsofnetworkedcontrolsystem，suchasprotocol，timedelay，andtheforecastandevaluationoftimedelay，andcontrolstrategyarestudied．Theevolutionofnetworkedcontrolsystemisfirstlyintroducedandanalyzedsystematically,openNCSisbr

7、oughtforwardasthemaintopicofthisdissertation．Consideringthatnetworkedcontrolsystemistheproductofthecombina-tionofinformationtechnologyandtraditionalcontrolsystem，itnaturallymakecommunicationprotocolbecomekeyfactorofNCS．Theninsecondchaptersomecurrentprotocolswidelyus