多个离散无源网络对象的数字控制课件.pptxVIP

ISIS, Vanderbilt University, Nashville, TN, USA IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol.21, No.3,2013 (SCl 2区) 龚红仿 2014.6.5 用无源性设计网络控制系统 一、研究内容 1. 针对不受网络不确定性影响的网络控制系统 (Network Control System, NCS)的设计问题，提出 了一种无源性控制结构。这一系统结构由通过无线 网络数字控制器来控制的机器人手臂组成，并证明 了在网络时变延迟的情况下的系统稳定性。 2.假设通信协议在不传送副本的情况下，提供了分 析结果，证明了在网络时变延迟的情况下，这一结 构确保NCS的稳定性。 一、研究内容 3.实现了无源控制结构， 一个由机器人手臂和数字 控制器两个计算机节点组成的实验NCS 结构。这两 个节点在特定的802.11 b无线网络上进行通信，遭 受到由干扰节点引起的额外的网络拥塞。 4.用Simulink进行实验验证。实验结果证明了系统的 稳定性操作，即使是由干扰节点生成的网络拥塞或 由控制器过度计算负载竞争引起的严重时变延迟， 这一结构也不受网络不确定性的影响。 二、 研究背景 本文研究的主要目标是由于快速增加的NCS 的 应用领域，用无线网络集成计算和物理设备，构建 现实的CPS 系统。 计算机、传感器、促动器和通信组件的异构， 构建了现实CPS 的宏伟蓝图。现实CPS 系统，如车 载网、楼宇自动化系统、无人驾驶机群、医疗设备 网络、交通网络等，都需要NCS进行监控，整个系 统的动态由物理动态、计算动态和通信网络之间的 交互而显现。 二、 研究背景 CPS 固有的异构性，不仅表现在组件上的不同， 而且表现在设计需求的不同。除功能特性外， CPS 受到大范围的物理需求的支配，诸如动态、功率、 物理大小和容错，此外，还有诸如安全性(safety) 和安全保障性(security)等系统级的需求。 CPS 的异构性与当前的组合设计方法不相匹配。 用于实现多个对象组合性的最重要的原则是按照 CPS 的不同层分开设计，即设计视角的正交性—— 一个视角的设计决策不影响另一个视角的设计决策。 不幸的是，由于缺乏设计视角的正交性，同时实现 多个物理和功能特性的组合是非常困难的问题。 二、 研究背景 二、 研究背景 图1表示一个由物理受控对象和NCS 组成的CPS 的基于模型的简单设计流程。所选择的设计平台用 建模语言和仿真工具，如Matlab/Simulink。 这一简 单的设计流程反映了基于平台设计的基本策略。这 一策略的有效性依赖于设计视角的正交性，也就是 指不同层面设计决策的独立性。 HW and Code Network Configuration Implementation Platform Desian Fig.1. Simplified CPS design flow. System-Level Models System-level design Specification Implementation Interface Controller Models Controller design Plant Dynamics Models Software Architecture Models Specification Implementation Interface 下图表示一个CPS 的设计层次，包括物理层、 软件层(计算/通信层)和网络/平台层。 Physical Physical Object Object Cyber-Physical Object Computational Interaction PhysicalInteraction Physical Object Cyber-Physical Object Physical Layer Implementation Computational Platform Platform Layer Implementation Computational Platform Fig .1. D