[01224597]网络化系统的融合估计与控制

现代智能制造已朝着数字化、网络化的方向发展,通过工业互联网实现从管理层到控制层的无缝集成,实现高度的互联互通、信息共享和开放性系统结构。然而网络引入所带来的时延、丢包、时序错乱等现象使得基于点对点直接信息传输模式的传统控制理论与方法难以取得预期效果,因此研究网络环境下的系统融合估计与控制的新理论和新方法具有重要的理论和应用价值,是国际控制领域的研究热点。 本成果针对存在通信不确定性的控制系统分析与设计、调度与控制协同设计、面向节能和分布式结构的多传感器融合估计等科学难题开展了深入研究,形成了网络化系统建模、分析、设计的一套理论与方法。主要科学发现如下： 1. 建立了时延和丢包影响下网络化控制系统的切换系统模型,揭示了时延和丢包特征参数与系统性能之间的定量关系,提出了一种网络化控制系统建模、分析、设计的切换系统处理方法,该方法被国际同行广泛认为是解决网络诱导时延和丢包问题的代表性方法之一,该方法也推广成为解决一般切换时滞系统分析与设计的一种有效方法。 2. 揭示了通信受限下的调度策略与网络化控制系统性能之间的定量关系,提出了控制器与网络节点优先权调度以及带宽配置策略的联合优化设计方法;建立了采样周期与系统性能指标之间的定量关系,解决了网络化控制系统中的一个公开性难题,从而为网络化系统控制与采样周期调度的协同设计以及工程应用提供了理论依据。主要结果被同行誉为“Zhang-Yu定理”,被广泛引用并进一步发展。 3. 采用事件触发机制以降低无线传感器网络节点能耗,通过揭示测量信号维度、结构特征以及非等周期采样导致的量测缺失与动态系统状态估计性能之间的内在联系,提出了基于传感器和估计器多速率工作模式的节能融合估计方法,与已有的信号量化和压缩方法相比,本方法易于实现且节能效率显著。 4. 针对分布式结构下多传感器系统难以全网时钟同步的困难,采用依据测量信息产生的先后顺序依次融合的序贯式处理方法,揭示了系统异步信息、拓扑结构和估计性能之间的内在联系和机理,提出了可同时适用于线性与非线性系统的序贯式多传感器融合估计方法,该方法被前国际信息融合学会主席认为是解决分布式结构下异步多传感器融合的代表性方法。 围绕上述研究成果出版中英文专著各1部,在国内外学术期刊上发表论文33篇,其中,SCI收录33篇、EI 收录33篇,10篇代表作中的9篇全部发表于控制领域的顶级期刊IEEE Trans. Automatic Control和Automatica上。 受邀在各高校及国内外会议上做主题或大会报告26次,主要论著被他引2800余次,其中SCI他引1227次,部分成果被同行应用于网络化混合电动汽车充电设备控制以及网络化加压重水反应堆控制等实际问题中,取得了良好的社会经济效益。10篇代表作SCI 他引641次,单篇最高SCI他引125次,4篇论文为ESI高被引论文,被来自控制、通信、计算机和机械工程等领域的30余个国家的200余所大学和研究机构研究者引用,其中海外高校和研究机构80余所,他引作者包括IEEE-TAC主编P.J. Antsaklis教授等1000余人,包括澳洲科学院院士H.J. David教授等院士11人,IEEE-CSS前主席、Yutaka Yamamoto教授等IEEE Fellow 23人。 第一完成人获国家杰出青年科学基金,入选 Elsevier 中国高被引学者（2015-2017年）,第二完成人张文安获全国百篇优秀博士学位论文、入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者,第五和第三完成人分别获得中国自动化学会优秀博士学位论文奖和提名奖。