广义网络控制系统的建模与学习控制

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随着网络通信技术的日渐成熟、计算机控制技术的飞速发展及工业自动化的相互促进,网络控制系统(Networked Control System,NCS)应运而生。因其是集多学科的综合体系,涉及一国的国防安全及经济命脉,得到了世界各国和学术界的普遍重视。近年来网络控制系统得到了快速的发展,理论水平进展显著,应用领域扩大迅速,但其基本理论体系仍尚未形成。目前,有关网络控制系统的研究中,研究内容涉及系统建模、调度方法、控制策略、体系架构等多方面。研究对象包括正常系统和广义系统两类,其中对正常系统的研究成效显著,取得了丰硕成果。而广义系统作为正常系统的推广,存在于大量的实际系统模型中,但针对其为被控对象的广义网络控制系统(Descriptor Networked Control System,DNCS)却鲜有人参与研究。因广义系统区别于正常系统,适用于正常系统的理论并不一定再适用于广义系统,且广义系统本身的复杂性,使广义网络控制系统的研究必要且相对困难,具有一定的挑战性。研究广义网络控制系统的基本理论对丰富和发展网络控制系统理论、促进工业实践运用具有重要的科学意义和潜在价值。鲁棒控制、预测控制等传统控制方法大量存在于现有的网络控制系统研究中,取得了较好的控制效果,但随着被控对象的复杂化,传统控制方法的再运用难以保证会继续取得良好的控制性能。而随着智能控制的发展,将其运用在网络控制系统中,成为学者们的研究方向之一,并取得了良好的控制效果和较大发展。学习控制作为智能控制的高级分支,具有可发现潜在规律以及适应环境等特点,能有效提高系统控制性能,迭代学习控制作为学习控制中讨论重点之一,引来学术界近年来广泛关注,因算法简单但控制效果突出,适合于具有重复运动性质的系统,被越来越多的运用到网络控制系统中,并逐渐发展成为研究热点。本课题以广义系统和广义网络控制系统为研究对象,探索广义系统在迭代学习控制下的控制效果、分析迭代学习控制运用在广义网络控制系统的可行性和有效性。具体研究内容如下:1、针对线性定常广义系统研究对象,明确广义控制系统的研究前提,探讨开环、闭环和开闭环迭代学习率的特点和优缺点,分析系统在开闭环迭代学习控制率下的收敛条件和控制效果,验证开闭环迭代学习控制的算法优越性,引申提出其用在广义网络控制系统中的可行性。2、针对连续广义网络控制系统,按照网络中时延存在,但丢包情况的不同,考虑两种情况下系统在迭代学习控制算法下的收敛性差异,对广义网络控制系统的迭代学习控制做初步探索。3、考虑离散广义网络控制系统,在单输入单输出和多输入多输出两种情况下,分析系统在时延和丢包同时存在下的迭代学习控制问题,给出系统稳定性的收敛条件。4、基于Matlab/Simulink工具,针对广义网络控制系统的迭代学习控制进行仿真,验证时延和丢包对系统性能的影响,同时验证迭代学习控制在网络控制系统中运用的可行性。网络控制系统的研究正如火如茶,广义网络控制系统的研究也蓄势待发。初步探索迭代学习控制在广义网络控制系统中的应用,为后续广义网络控制系统和迭代学习控制,乃至学习控制的研究提出有益尝试,也是本课题研究目的所在。
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