[01637391]网络化控制系统的复杂性分析与控制策略研究

网络化控制系统（NCS）中，因网络通信导致时延、数据包丢失、错序、带宽有限性、信道干扰、时变采样周期、网络拥塞，以及广义被控对象存在脉冲等复杂性问题，使得网络控制理论与控制方法必须重新建立和评估。因此，本项目系统地研究了NCS的复杂性问题、动态特性、系统建模和控制策略等基础理论问题，揭示了网络控制系统的本质和特征，为国防建设和国民经济领域的网络化控制系统提供系统分析与控制的新方法和新理论。本项目不仅为网络控制理论体系的建立奠定了基础，而且对于控制学科的发展、推动控制技术、计算机技术和通讯技术的交叉融合，形成集通信理论、计算机科学和控制科学于一体的综合学科体系有着重要的促进作用。本项目建立了一系列相关的网络控制理论和控制方法，主要成果包括：（1）针对网络诱导时延、数据包丢失、错序、时变采样周期、信道干扰等因素的系统建模、稳定性分析和控制策略研究，给出了同时考虑时延和数据包丢失的状态反馈和动态输出反馈NCS系统统一模型和指数稳定条件、衰减率关系和数据包丢失率关系，并给出了系统鲁棒控制、保性能控制、控制和滤波器设计方法；采用Lypunov方法和图论理论，分析非线性NCS的稳定性并给出控制器设计方法。既开创了NCS研究的新途径，又为此类NCS的分析与设计提供了新方法和新理论。（2）针对广义被控对象，研究了网络控制方式下系统的建模、稳定性和鲁棒控制问题：分别给出了存在不确定时延、同时存在时延和数据包丢失的广义NCS统一数学模型，并给出针对不确定时延的系统鲁棒稳定条件、针对时延和数据包丢失的系统指数稳定条件、衰减率、数据包丢失率之间关系。开创了基于广义被控对象的NCS分析与设计方法。（3）利用智能控制理论和鲁棒控制理论，研究了通信网络的拥塞控制问题：给出了改善网络不确定性的一系列拥塞控制算法。发现、发明及创新点：①首次给出考虑时延和数据包丢失的状态反馈和动态输出反馈NCS统一模型和指数稳定条件，并给出系统指数稳定条件。②首次采用图论理论分析非线性NCS的稳定性并给出控制器设计方法，既开创了NCS研究的新途径，又为此类NCS的分析与设计提供了新方法和新理论。③首次研究了广义被控对象的NCS建模、稳定性和鲁棒控制问题：分别给出存在不确定时延、存在时延和数据包丢失的广义NCS统一数学模型，给出系统鲁棒稳定条件和指数稳定条件，开创了基于广义被控对象的NCS分析与设计方法。④在网络拥塞控制方面，首次给出采用滑模控制的加快响应速度并改进队列跟踪性能的主动队列管理算法和采用模糊控制和Smith预估控制相结合的大时滞动态网络主动队列管理算法；首次利用基于滑动模态补偿器和状态变换方法，研究不确定时滞TCP/AQM网络系统稳定性与控制器设计问题；首次应用时变结构不确定和延时理论，对具有时变参数的TCP/AQM网络的鲁棒稳定性进行分析，并给出针对时变时延的系统全局稳定条件。本项目研究从2004～2009发表相关学术论文90多篇，代表性期刊有：自动化学报、控制理论与应用、系统仿真学报、电机与控制学报、控制与决策、航天控制、吉林大学学报（工学版）信息与控制、系统工程与电子技术等。具不完全检索，课题组相关论文被SCIE、EI和ISTP收录73 篇，第一申请者发表的21篇相关论文他引次数169次，第二申请者发表的14篇论文被他引次数81次（与第一申请者合作文章除外），第三申报者7篇文献被他引30次，总引用次数达到280次。课题组出版专著1部《网络控制系统分析与控制》（科学出版社，2009）。本项目取得的研究成果不仅为NCS的更进一步深入研究奠定了坚实的基础，而且，在成果转化和应用方面，也已初见成效。将网络控制方法与技术应用在大型煤矿企业网络化人力资源决策与管理系统中，取得了非常可观的经济效益。