网络传输过程中, 常见到两种网络传输缺陷由于网络信息采集点(传感器和执行器)个数多于传输信道造成的通信渠道受限以及传输时延大于采样步长而形成的大时延。这两类网络传输缺陷不仅破坏系统的性能,并可能导致系统的不稳定性。由于非线性、通信渠道受限和大时延这些因素的影响,使得这类非线性网络控制系统的研究更为复杂,目前仍然是国际自动控制领域的一个公开问题。本项目针对这一公开问题进行深入研究,利用一种非线性混杂时滞模型对这类问题进行建模,推导针对该模型的一种新的小增益定理,并对非线性网络控制系统的输入输出稳定性进行分析,进而给出预测控制器的设计方案并对其性能指标进行分析,并在实验室条件下利用远程控制对象进行实验,验证所提出方法的可用性。项目所要得到的非线性混杂时滞系统的小增益定理对控制理论和数学领域都具有一定的理论价值,所给出的预测控制器可以为非线性网络控制方法的实际应用奠定基础。
Hybrid delay systems;small gain theorem;Lyapunov-Krasovskii functionals;nonlinear networked control systems;networked predictive control
在实际的网络通信过程中,常常遇到多种网络传输缺陷,如传输诱导时延、数据丢包、采样不确定性、传输受限等。由于传输缺陷不仅破坏系统的性能,甚至会造成系统不稳定,使得非线性网络控制系统的研究更为复杂。本项目建立了一类混杂时滞系统模型,并且给出了保证耦合混杂时滞系统输入到状态稳定的小增益定理;针对一类特殊的混杂时滞系统—切换时滞系统,给出了一般非线性切换时滞系统Lyapunov-Krasovskii泛函的一种新的构造方法;并通过将具有各种传输缺陷的网络控制系统建模为混杂时滞系统,给出了一般的稳定性分析方法,并且对多种传输缺陷并存的情形提出了新的网络预测控制方法;最后,基于实验室的网络化控制系统平台进行了实验,结果验证了本项目所提出的方法的有效性。