具有大時(shí)滯和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(networked control systems, NCS)是通過網(wǎng)絡(luò)將分布于不同地點(diǎn)的傳感器、控制器和執(zhí)行器連接起來，形成的一種全分布實(shí)時(shí)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。隨著控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)備價(jià)格的不斷下降，NCS越來越普遍的應(yīng)用于控制領(lǐng)域。然而，由于在控制系統(tǒng)中引入了網(wǎng)絡(luò)，控制系統(tǒng)具備了一些新的特性，如隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延，數(shù)據(jù)包丟失和數(shù)據(jù)包時(shí)序混亂等，這些特性使NCS的分析和控制變得復(fù)雜，傳統(tǒng)的控

2、制算法已經(jīng)不適合直接應(yīng)用到NCS中。
　　本文首先研究了具有大時(shí)滯的線性NCS的最優(yōu)控制問題，設(shè)計(jì)了緩沖器來解決網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延的隨機(jī)性和數(shù)據(jù)包時(shí)序混亂的特性。通過將隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延轉(zhuǎn)化為固定時(shí)延，將NCS的控制問題轉(zhuǎn)化為固定時(shí)滯線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。給出了NCS最優(yōu)控制的狀態(tài)預(yù)測法，通過當(dāng)前獲取的狀態(tài)信息和之前時(shí)刻的控制信息，預(yù)測固定時(shí)延后NCS的狀態(tài)，最終得到NCS的最優(yōu)控制律。然后在大時(shí)滯NCS的基礎(chǔ)上添加了數(shù)據(jù)包丟失特性，

3、通過改進(jìn)緩沖器的功能來解決數(shù)據(jù)包丟失問題，即若傳輸過程中丟包，則使用緩沖器中時(shí)間戳最新的信息進(jìn)行丟包補(bǔ)償。最后通過仿真例子來驗(yàn)證狀態(tài)預(yù)測法的有效性。
　　本文還分析了基于嵌入式Linux系統(tǒng)的緩沖器設(shè)計(jì)的可行性。當(dāng)前NCS廣泛使用基于Linux系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，因?yàn)槠涫情_源的，可以針對不同功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定制，同時(shí)具有可移植性強(qiáng)，安全可靠等特點(diǎn)。使用Linux網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，對緩沖器設(shè)計(jì)中的空間開辟、數(shù)據(jù)包排序、定時(shí)發(fā)送等功能進(jìn)行可