通信參量對網路控制系統性能的制約問題研究

《通信參量對網路控制系統性能的制約問題研究》是依託上海大學，由宋楊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：通信參量對網路控制系統性能的制約問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋楊
• 依託單位：上海大學

中文摘要

網路控制系統的性能與信道通信能力之間存在著根本性的複雜制約機制，給網路控制系統的深入分析帶來極大挑戰。此方面研究目前在國外剛剛起步。本項目針對這一新興課題，融合魯棒與隨機控制、資訊理論與編碼論、信號處理等相關理論，研究通信信道的數據傳輸率、信噪比、信息熵等參量與網路控制系統性能(魯棒性能、跟蹤性能、擾動抑制性能等)之間存在的內在約束機制；研究在通信參量實時變化情況下濾波、量化及編碼的新方法以保證或改善控制系統性能；提出包含通信參量的網路控制系統性能分析和最佳化方法,為網路控制系統研究提供新視角和新途徑。

結題摘要

為揭示網路控制系統中網路參量和通信參量對系統性能之間的內在聯繫, 本項目研究了網路時延的特徵及其建模、信道信噪比對控制系統性能的影響、系統的隨機鎮定與脈衝控制、包含通信參量和網路參量的仿真平台開發、面向工業現場控制的協定轉換構架等方面問題，主要成果：1、使用矩陣不等式方法得到了連續時變網路控制系統鎮定所要求的最小信噪比，說明了系統穩定性同被控對象不穩定極點、網路時滯和信噪比之間的聯繫，然後將問題推廣到一類更為複雜的離散時間異構網路控制系統並得到了類似結論，其中建立的多感測器隨機時滯模型很好地刻畫了token-passing匯流排控制網路；2、將網路控制系統建模為Markov 切換系統，分別針對Markov鏈初始分布為平穩分布和初始狀態未知兩種情形, 研究了切換頻度同系統穩定性之間聯繫，利用Markov 轉移機率給出子系統間切換頻度範圍，進而基於平均駐留時間方法思想給出了閉環系統均方指數穩定的充分條件, 進一步，基於獨立隨機變數聯合分布的性質,給出了估算馬爾可夫跳變系統平均駐留時間期望的方法; 3、基於Visual C++軟體，構建網路延時測試平台，採用了無偏灰色預測模型結合波形調整方法對網路時延進行了預測，進一步針對Internet時延具有自相似和長程相關特點，結合依機率覆蓋思想，提出了一種機率上限分數自回歸滑動求和平均模型的預報方法，保證實際時延按一定機率在預測時延範圍之內，更為準確地實現了對Internet時延的預測；4、研究了多變數、多通道控制系統，構建了網路脈衝控制系統模型，給出了採用脈衝控制策略下一類隨機有界時滯網路控制系統的指數穩定性條件，使得控制系統在低網路頻寬情況下依然能夠保證基本性能；5、利用MATLAB/引擎技術和Simulink的命令行仿真技術將MATLAB//Simulink和網路仿真軟體OPNET Modeler相結合，開發了聯合仿真平台，設計了MATLAB/ OPNET之間的仿真時鐘同步機制，能夠以較真實模擬各種不同的網路和通信環境；6、針對工業現場控制任務對無線通信網路的要求，提出了一種異構子網段間的協定轉換器架構模型，實驗顯示該架構及協定轉換器能夠滿足工業控制的實時性能需求。本項目研究成果為進一步研究網路環境下的通信、網路和控制聯合設計問題提供了有益理論探索及實驗支撐。