开放式网络控制系统的研究与应用

【作者】 陈宁宁；

【导师】 蒋静坪；

【作者基本信息】 浙江大学 ， 控制理论与控制工程， 2006， 博士

【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。更多还原

【Abstract】 The open network control system is an integrated applications.At the control level,it belongs to the research area of networked control system.At the control architecture level,it is a distributed control system. And the control strategy needs to synthesis the network’s performance and the controller design.In this dissertation, the key problems of network control system,such as protocol ,time delay ,and the forecast and evaluation of time delay,and control strategy are studied .The evolution of network control system is firstly introduced and analyzed systematically,open NCS is brought forward as the main topic of this dissertation.Considering that network control system is the product of the combination of information technology and traditional control system , it naturally make communication protocol become key factor of NCS.Then in second chapter some current protocols widely used in NCS are compared . However ,many improved protocol or special protocol appeared to meet demand of NCS, but in comparison with general protocol ,it takes flaws like peculiar limits and closed request which contradict to open developing trend of NCS, and makes no contribution to popularize NCS in wide range. It is more effectual for building NCS to make the best use of general protocol. In the end XML-RPC is used to realize a new remote control method and relevant application is taken into practice.The third chapter lay stress on time delays in NCS, including its generation mechanism, modeling, evaluation, and control strategy.After these analysis,an online delay-valuation approach is introduced with a different view from the familiar method in next chapter, which characterize the time delay utilizing network traffic predicted by wavelets.Although Internet is a very complex and gigantic system to analyze diagnostically,its characteristics and behaviors can be reflected from network traffic.Research on traffic can enhance our understanding of the work mechanism of network and improve the accuracy of time delay estimation.Finally, control strategy of nonlinear time-variant network control system更多还原