开放式网络控制系统的研究与应用

论文摘要

开放式网络架构下的网络控制系统是一项综合性网络应用，在底层控制上属于闭环网络控制系统研究的范畴，在体系结构上体现了分布式控制的特点，在系统的设计上需要对网络性能和控制器设计进行综合考虑。本文基于非线性时变网络控制系统为研究对象，在网络协议、网络时延特性分析与预估、非线性控制方法等方面开展研究。 首先，本文作者从网络控制系统的历程入手，简要地回顾其发展历史，总结了一般规律，将开放式网络控制系统作为主要的研究内容。 网络控制系统作为信息技术与传统控制系统相结合的产物，通信协议很自然的成为关键要素。于是，在随后的第二章里，作者对目前网络控制系统常用的协议进行了对比分析，认为虽然出现了很多改进后的协议或是专用协议，以使其适于网络控制系统的需求，但这些改进后的协议有很多的专用限制要求和封闭性条件，而这和越来越明显的网络控制系统开放性发展趋势不一致，难以进行大范围的推广和应用。网络控制系统的开放性需要我们在通用协议的基础上加以改善，更为有效地满足人们对系统的充分应用。最后采用一种分布式计算技术XML-RPC：一种基于消息的远程编程方式，实现了一种新的远程设备数据采集和控制方法，并开发出相应的开放式远程控制系统。 然后本文对网络控制系统分析的核心：时延问题，包括时延的产生机理，时延模型，时延估计以及相应的控制策略和稳定性分析进行了阐述。接下来，作者从网络结构的角度出发，以Internet为网络架构对时延进行研究和分析，并加以预估。虽然Internet的控制机制和行为特征日趋复杂，使得对其越来越难以认识和把握。但是其特征可以通过它所承载的网络流量的特性反映出来，所以研究网络流量的动态特性，有助于揭示现代互联网络的工作机理，从而对基于Internet的网络控制的时延尤其动态时延有较好的把握。 最后，本文集中在控制策略方面，针对开放式网络控制系统的非线性时变特点，分别与鲁棒控制理论和多模型理论相结合，提出了各自新的算法。在应用前者时，建立了一时变多时延网络控制系统对象模型，结合应用于时滞系统的鲁棒控制理论，通过求解线性矩阵不等式，在满足一定性能要求条件下给出静态状态反馈控制，使得闭环网络控制系统二次型稳定并满足相应的性能指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 网络控制系统概述
• 1.3 网络控制的发展历程
• 1.3.1 传统集散控制系统（Traditional Distributed Control System）
• 1.3.2 现场总线控制系统（Fieldbus Control System）
• 1.3.3 开放式网络控制系统
• 1.4 基于Internet网络控制的相关情况
• 1.4.1 Internet的发展
• 1.4.2 Internet的复杂性
• 1.4.3 基于Internet的网络控制的实时性研究
• 1.5 小结
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 网络控制系统的协议比较和应用
• 2.1 传统网络控制系统
• 2.1.1 现场总线及其协议
• 2.1.2 工业以太网应用标准及相关协议的改进
• 2.2 分布式计算技术与控制系统的结合
• 2.2.1 几种分布式计算技术
• 2.2.2 XML-RPC的相关特性
• 2.2.3 基于XML-RPC远程控制系统的实现
• 2.2.4 本章小结
• 第三章 时延的分析及其解决方案
• 3.1 网络控制系统时延的分析
• 3.1.1 时延概述
• 3.1.2 时延产生机理
• 3.1.3 时延模型
• 3.2 针对不同时延而出现的解决方案
• 3.2.1 确定性解决方案
• 3.2.2 随机性解决方案
• 3.3 本章小结
• 第四章 网络控制系统的时延预测控制
• 4.1 Internet的时延分析
• 4.1.1 时延
• 4.1.2 网络流量的时间序列分析
• 4.2 网络控制系统的实现
• 4.2.1 小波分析
• 4.2.2 控制器的设计
• 4.2.3 小结
• ∞。鲁棒控制'>第五章 网络控制系统的H_∞。鲁棒控制
• 5.1 鲁棒控制
• 5.1.1 鲁棒控制的发展
• ∞控制'> 5.1.2 鲁棒H_∞控制
• 5.1.3 鲁棒控制与时滞系统的关系
• 5.1.4 线性矩阵不等式（LMI）
• 5.2 基于鲁棒控制理论的网络控制系统
• 5.2.1 系统的状态方程
• 5.2.2 定理的证明
• 5.2.3 仿真示例
• 5.2.4 小结
• 第六章 网络控制系统的多模型控制
• 6.1 多模型理论的引入
• 6.1.1 多模型算法的发展
• 6.1.2 多模型控制方法的进展和应用现状
• 6.2 网络控制系统的多模型算法实现：
• 6.2.1 系统的状态方程
• 6.2.2 算法推导
• 6.2.3 状态估计：
• 6.2.4 仿真示例
• 6.2.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间完成的学术论文
• 简历
• 致谢