[发明专利]一种对混杂非线性系统的实时在线控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络控制系统，尤其是网络控制系统的控制方法，具体地，涉及对混杂非线性系统的实时在线控制方法。

背景技术

随着计算机技术、网络技术、通信技术的迅猛发展和交叉渗透，使得现代控制系统的结构正在发生变化，越来越多的控制系统采用分布式控制的方式。控制任务通过有线或无线通信线路来传递被称为网络控制系统(Networked Control Systems，NCSs)。NCSs是控制、计算机、通信、网络等多种技术交叉融合的产物，是复杂大系统控制和远程控制的客观需求，它可以应用于几乎任何带有控制器的分布设备需要进行数据交换的场合，体现了控制系统向网络化、集成化、分布化、节点智能化的发展趋势。与传统的点对点互连的控制系统相比，NCSs具有以下优点：1)成本低；2)连接线数、重量、能耗大大减少；3)系统高效、可靠性高；4)系统灵活性强、易于扩展；5)易于安装维护、便于进行故障诊断；6)信息资源共享等。这些优点使得NCSs在工业自动化、智能交通、机器人、航空航天、国防等实时分布式控制领域得到广泛应用。因此，对NCSs的研究是当前控制理论研究的重要内容，也已成为国内外学者和工业界研究的热点问题之一。可以预计，未来的几十年中，网络控制必将深刻地影响和推动着控制理论及其应用的发展。从理论上说，网络控制必将大大推动已见端倪的复杂系统控制理论的发展。从应用上说，提供各种复杂信息处理的网络系统的大量涌现，必将大大推动国家经济、社会、国防等各领域的信息化应用，促进国家的“以信息化带动工业化”的发展。

由于NCSs中通信网络的引入，并且受有限网络通信带宽、承载能力和服务能力的限制，连接到网络的很多设备都要发送信息，信息的传送要分时占用网络通信线路，这必然造成信息的拥塞、冲撞、重传等现象发生，使得信息在传输过程中不可避免地带来诸多挑战性的新问题：不确定网络时滞、数据丢包、多包传输、抖动、时钟异步等。我们需要知道在已知部分信息的情况下如何完成对整个网络的控制？或者我们在满足网络一定性能的时候所需要的最小信息是多少？

在NCSs的建模方面，人们在现有技术中，研究了具有时变时延的NCSs，针对具有周期性时延特性的网络提出了增广状态确定性离散时间的NCSs模型；还研究了基于确定性预报器的时延补偿问题，通过采用缓冲的方法，将基于网络的闭环控制系统变成为一个线性时不变离散控制系统，使得NCSs的设计问题转化为一般的数据采样控制问题；也有人考虑了连续对象和连续控制器，控制器和执行器节点采用事件驱动方式，将网络时延当成闭环系统的误差来考虑，建立了NCSs连续时间数学模型；在离散时域框架内研究了具有独立随机分布特性和马尔可夫特性的网络时延下离散时间NCSs的LQG最优控制问题，提出了最优随机控制方法，并将网络时延分类为定常型、独立随机型和马尔可夫链的随机型，建立了各种网络时延情形下的模型，还有人也以最优随机控制方法建立了随机长时滞的情况下的NCSs模型；还有人研究的是连续被控对象和离散控制器的NCSs，利用NCSs的增广状态模型，从多个角度对基于网络的控制系统进行建模，利用状态增广向量法，分别对时延小于和大于采样周期情形进行了建模，得到了离散增广NCSs模型，并提出了时延补偿的方案。但上述内容为例的现有技术的不足之处在于，这些设计网络控制系统的技术方案都是基于网络的信号是完全传输，并且可以完整获得为基础而提出的，并未考虑网络中信号的传输由于网络带宽有限可能引起的有效信息丢失等因素。除此之外，这里NCSs的控制方法的设计都是以线性系统为例的，未考虑到NCSs中可能有非线性现象的存在，并且有可能有状态跳变等混杂特性的存在。