竇立謙，宗　群，孫連坤，吉月輝
天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，天津　

天津工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院，天津

摘　　　要：研究了具有通信序列的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)問題。通過在系統(tǒng)的輸入輸出端設(shè)計(jì)通信序列，分時(shí)占用網(wǎng)絡(luò)，以降低帶寬約束對(duì)系統(tǒng)的影響，進(jìn)而構(gòu)建了具有通信序列的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型；在此基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)分為２個(gè)部分，首先，基于輸出值設(shè)計(jì)Ｋａｌｍａｎ濾波器，用于提供較優(yōu)狀態(tài)估計(jì)值；然后，在考慮通信序列的基礎(chǔ)上利用ＬＱＧ方法協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)了的較優(yōu)控制器，較后，用一個(gè)仿真示例驗(yàn)證了該方法的有效性。

關(guān)　鍵　詞：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；通信序列；ＬＱＧ；控制器設(shè)計(jì)

１　引　言
隨著控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的日益發(fā)展和交叉滲透，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，空間分布也越來越廣，因此，利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)［１］。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（ＮｅｔｗｏｒｋｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓ，ＮＣＳｓ）與傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)相比，具有資源共享、遠(yuǎn)程操作和控制，提高系統(tǒng)的診斷能力、方便安裝與維護(hù)，增加系統(tǒng)的靈活性和可靠性的特點(diǎn)［２�玻常荨＝�年來帶寬約束問題成為ＮＣＳｓ研究的一個(gè)重要問題。控制回路中網(wǎng)絡(luò)的引入，使得ＮＳＣｓ的分析與設(shè)計(jì)趨于復(fù)雜化。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制以及控制系統(tǒng)的時(shí)限要求，控制任務(wù)的信息傳遞必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，否則信息會(huì)產(chǎn)生較大的時(shí)延，從而降低了系統(tǒng)的控制性能，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定［４］。從保證周期數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性及提高帶寬利用率的角度出發(fā)，２００２年，Ｗａｌｓｈ提出了一種給關(guān)鍵信息動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源的ＴＯＤ（Ｔｒｙ�玻希睿悖濯玻模椋螅悖幔颍洌﹨f(xié)議［５］。該協(xié)議規(guī)定具有較大加權(quán)誤差的節(jié)點(diǎn)先傳輸信息，即ＭＥＦ（ＭａｘｉｍｕｍＥｒｒｏｒ�玻疲椋颍螅簦┱{(diào)度技術(shù)，并丟棄過時(shí)的數(shù)據(jù)而使用較新數(shù)據(jù)，但是結(jié)論極為保守。從基于控制的角度出發(fā)，１９９８年，文獻(xiàn)［６］提出用較優(yōu)隨機(jī)控制方法對(duì)隨機(jī)時(shí)延網(wǎng)絡(luò)ＮＣＳｓ進(jìn)行控制，研究了具有獨(dú)立隨機(jī)分布特性和Ｍａｒｋｏｖ特性的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延下，離散時(shí)間ＮＣＳｓ的ＬＱＧ較優(yōu)控制問題。２０００年，文獻(xiàn)［７］將其推廣到多步隨機(jī)時(shí)延情況，得到在傳感器和執(zhí)行器采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，控制器采用事件驅(qū)動(dòng)方式策略下，給出了保證閉環(huán)系統(tǒng)均方穩(wěn)定的必要條件，進(jìn)而設(shè)計(jì)了在給定性能指標(biāo)下的隨機(jī)較優(yōu)控制律。２００３年，文獻(xiàn)［８］研究了一種基于模型的ＮＣＳｓ，這種結(jié)構(gòu)較大的優(yōu)勢(shì)在于，系統(tǒng)在開環(huán)時(shí)依然工作在被控狀態(tài)，控制率將根據(jù)模型狀態(tài)產(chǎn)生，這樣可以在較大程度上減少系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用。針對(duì)ＭＩＭＯ�玻危茫樱螅�２００７年，文獻(xiàn)［９］提出了一種在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)附加狀態(tài)估計(jì)器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過犧牲計(jì)算代價(jià)來換取網(wǎng)絡(luò)帶寬的節(jié)省，但只能控制局部節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)流量，難以獲取系統(tǒng)全局性能的調(diào)度策略。２００６年，文獻(xiàn)［１０］設(shè)計(jì)了基于周期動(dòng)態(tài)分配輸入輸出通道的調(diào)度策略，但由于沒有考慮零階保持器（ＺＯＨ）的影響，使得狀態(tài)波動(dòng)較大。２００８年，文獻(xiàn)［１１］針對(duì)ＮＣＳｓ中存在不確定的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失的情況，利用Ｌｙａ�玻穑酰睿铮霆玻耍颍幔螅铮觯螅耄椋榉汉�，推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件，通過迭代求解帶等式約束的ＬＭＩｓ，構(gòu)造出系統(tǒng)的Ｈ∞控制器。本文在文獻(xiàn)［８］的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了ＺＯＨ的影響，使用通信序列來減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用，構(gòu)建了具有通信序列的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型；在此基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)分為２個(gè)部分，首先基于輸出值設(shè)計(jì)Ｋａｌｍａｎ濾波器，用于提供較優(yōu)狀態(tài)估計(jì)值；然后，在考慮通信序列的基礎(chǔ)上利用ＬＱＧ方法協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)了的較優(yōu)控制器，較后，通過仿真示例說明提出方法的有效性。

登錄網(wǎng)站后可下載文件