網絡系統的性能分析與一致性研究.pdf

1、隨著網絡通信、控制和計算技術之間的相互滲透和發(fā)展，網絡系統已廣泛應用于各個領域之中，許多領域的研究者都對網絡系統的快速發(fā)展及其帶來的技術挑戰(zhàn)產生了濃厚的興趣。本文的研究主要針對兩類比較典型的網絡系統：網絡控制系統和多自主體網絡。網絡控制系統一般由執(zhí)行器、傳感器和控制器通過一個通信網絡組成，由于其具有資源共享、易于維護等特點，在工業(yè)控制、遠程醫(yī)療等領域被廣泛的應用。然而，控制系統的穩(wěn)定性和性能會由于網絡通信約束的引入而受到影響。本文基于頻

2、域控制的方法研究了網絡控制系統在通訊約束影響下的性能極限問題。本文重點研究了另外一類網絡系統——多自主體網絡。作為科學和工程控制領域的新興學科，多自主體網絡近來受到廣大研究者越來越多的關注。一致性是多自主體網絡中典型的動力學行為，可以用來描述大多協調控制問題。本文基于已有的相關研究，綜合運用代數圖論、系統穩(wěn)定性理論、矩陣理論等的相關知識，研究了多自主體網絡的一致性協調控制問題。主要內容概述如下：
　　針對網絡控制系統中存在一類特殊

3、的一階移動平均高斯噪聲反饋通道時的最優(yōu)調節(jié)性能問題，提出了相應的調節(jié)性能指標，建立了信道參數與最優(yōu)調節(jié)性能之間的內在關系。基于控制器的Youla參數化和H2控制理論，在前饋通道存在輸入擾動和反饋通道存在高斯噪聲的情形下，設計了使得系統穩(wěn)定的二自由度控制器，得到了系統最優(yōu)調節(jié)性能的精確表達式。研究結果表明網絡控制系統的最優(yōu)調節(jié)性能不僅依賴于被控對象的非最小相位零點和不穩(wěn)定極點，還與輸入擾動和高斯噪聲的統計特性以及反饋通道參數有關。

4、　　針對二階離散時間多自主體網絡的一致性問題，提出了僅僅利用當前位置信息以及上一離散時刻位置信息的分布式線性一致性協議。相比于其他的控制協議，該協議由于只需要存儲上一時刻的位置數據，大大減少了存儲空間，從而極大地減少了通信和存儲的能量消耗。根據時延差分方程的穩(wěn)定性理論，利用特征值分析方法，得到了網絡達到二階一致性的充要條件，其與網絡拓撲圖的拉普拉斯特征值，采樣周期以及控制增益參數有關。
　　針對帶有領航者的連續(xù)時間二階多自主體網絡

5、在采樣數據環(huán)境下的跟蹤一致問題，本文提出了只使用當前位置信息和自身速度信息的分布式協議來跟蹤動態(tài)的領航者。通過矩陣分析和隨機系統穩(wěn)定性理論，分別給出了網絡在固定有向拓撲下達到跟蹤一致性的充分必要條件和在馬爾科夫隨機切換拓撲下的充分條件。
　　針對分數階多自主體網絡在事件驅動控制下的一致性問題，提出了基于全局量測誤差進行控制更新的集中式事件觸發(fā)策略和依賴于自身以及鄰居自主體的信息而執(zhí)行控制更新的分布式事件觸發(fā)策略。根據分數階穩(wěn)定性理

6、論和代數圖論，得到了兩種事件觸發(fā)控制策略下網絡取得一致性的充分條件和事件觸發(fā)條件表達式。
　　針對復雜大規(guī)模環(huán)境下的多自主體網絡的混雜協調問題，提出了帶有分層領航者的分層網絡模型并進行了協調控制分析?；诰仃嚴碚摚鷶祱D論和李雅普諾夫理論，分別得到了帶有靜態(tài)主領航者的多自主體網絡在有耦合跟隨者群組和非耦合跟隨者群組情況下取得混雜協調的充要條件和充分條件。進一步，考慮了主領航者是運動的和在不同層級之間存在通信時延的情況，在時延滿足一