考虑车辆跟驰作用和通信时延的网联车辆队列轨迹跟踪控制

针对智能网联车辆轨迹跟踪问题, 本文通过考虑车辆跟驰作用和车车通信过程中存在的通信时延, 提出了一种分布式非线性轨迹跟踪控制器. 具体来讲, 首先, 提出一种双向领导跟随通信拓扑来描述智能网联环境下车辆间的通信连接. 其次, 考虑车辆跟驰作用和通信时延, 设计一种分布式非线性轨迹跟踪控制器. 然后, 使用Lyapunov方法证明了所设计控制器的稳定性. 最后, 考虑速度干扰作用于领导者车辆, 针对无时延、同质时延和异质时延等三种场景进行数值仿真实验. 仿真结果表明: 本文所设计的控制器不仅保证了车辆位置跟踪误差收敛到原点, 而且车辆运动规律符合交通流理论, 即无负位置跟踪误差和负速度现象.     

分布式全局精确时钟同步状态追踪:能观测性观测器分析

本文基于现代控制理论观点下的量测模型的能观测性分析,提出绝对时钟状态量测模型的能观测性问题.启发于量测状态向量空间与状态向量运算法则,转化为本质上向量空间的同构映射原理,建立了以基本量测单元（Basic Measurement Unit,BMU）构建最小均方误差（Minimum Mean Square Error,MMSE）等价变换下的能观测性解耦量测模型.该方法揭示了在双向信息交换下对称量测性能的本质,在量测模型满足能观测性的必要条件下实现时钟状态追踪的Kalman filtering算法.本文算法不依赖于优化的初始点设置,初始点选择具有鲁棒性,并且对于网络连接性的变化具有稳健性.仿真结果表明,能观测性量测模型能实现规模化扩展,设计的算法具有局部和全局一致的MMSE量测性能,接近于贝叶斯CRLB（Cramer-Rao Lower Bound）量测性能边界.     

工业物联网确定性调度中TDMA紧时隙时间精度边界可靠性分析

针对如何保证物联网确定性调度中时分多址(TDMA)紧时隙时间精度边界,首先建立不完全观测的绝对时钟同步状态空间模型;根据间歇观测方程推导修正的绝对时钟卡尔曼滤波器,得到了随机误差协方差迭代式;然后将误差协方差迭代式建模为修正的黎卡提微分方程,研究稳态误差协方差的统计特性;利用凸优化理论和线性矩阵不等式(LMI)工具求解时钟状态估计的临界包到达率和估计误差协方差的统计收敛边界。面向网络参数配置和TDMA时隙的紧边界应用需求,定量分析存在观测值丢失的时钟同步误差与精度边界,建立时钟同步精度边界与无线网络的权衡关系,并提出存在观测值丢失时保时带大小设计方法。     

基于区间二型T-S模糊模型的网络控制系统的输出反馈预测控制

针对干扰作用下的非线性网络控制系统,给出了带一个自由控制作用的输出反馈预测控制方法.首先,利用区间二型T-S模糊模型描述具有参数不确定性的非线性对象,采用马尔科夫链描述系统中的随机丢包过程,由此建立了丢包网络环境下的非线性网络控制系统的数学模型.然后,通过引入二次有界技术得到了干扰作用下网络控制系统的稳定性描述方法,并在此基础上给出了状态观测器的线性矩阵不等式条件.最后,基于估计状态,通过将无穷时域控制作用参数化为一个自由控制作用加一个线性反馈律得到了输出反馈预测控制方法.论文的特色在于构建了在线更新误差椭圆集合的基本方法,满足了约束条件下输出反馈预测控制保证稳定性的要求.仿真例子验证了所提方法的有效性.     

具有有界时滞的网络控制系统的镇定

针对具有有界时滞且时滞上界大于一个采样周期的网络控制系统,研究了系统建模和状态反馈镇定问题.在分析有界时滞的所有可能性的基础上,提出一种能够用于处理时变控制律问题的网络控制系统数学模型,进而将该系统的镇定问题转化为镇定一系列模型的鲁棒控制问题.根据 Lyapunov 方法,给出了保证闭环系统稳定的状态反馈控制器.仿真算例验证了所提出方法的有效性.     

工业物联网中的精确时钟同步: 网络化控制理论观点

本文针对物联网中时变的时钟参数, 运用网络化控制理论观点, 通过对时钟状态建模的本质分析, 区别于"相对时钟建模", 提出了全分布规模化时钟状态追踪卡尔曼滤波(Kalman filtering). 考虑量测的丢失, 则扩展为追踪时钟参数的修正Kalman filtering算法. 我们提出了以BMU (Basic measurement unit)构建新的MMSE (Minimum mean square error)等价变换下的能观测性状态解耦量测模型, 新的量测模型能够实现MMSE量测规模化扩展, 且理论上分析了时钟同步的条件和计算了统计时钟同步误差的相应上界, 并且在时钟同步精度与潜在的通信网络质量间作出了量化均衡.     

基于量化依赖Lyapunov函数的有界丢包网络控制系统的保成本控制

研究了一类具有有界丢包的网络控制系统（Networked control systems，NCSs）的保成本控制问题，提出了一种包含量化反馈的网络控制系统数学模型，该模型将系统的镇定问题转化为镇定一系列子系统的鲁棒控制问题.在对网络控制系统的分析中，区别于常用的二次型Lyapunov函数，本文采用了一种新的且能够降低保守性的量化依赖Lyapunov函数方法.基于本文的Lyapunov函数，得到了充分考虑丢包过程的保成本控制器的设计方法.仿真算例验证了所给出方法的有效性.     

不可靠WSN时钟同步网络化输出反馈MPC量化分析

在Cyber-Physical环境下,时钟同步双向信息交换过程中,包含时钟信息的数据包丢失将对时钟同步性能产生影响。讨论了现代控制理论状态空间模型的输出反馈Tubes-MPC时钟同步方法。由分离原理,设计了本地化的状态估计器与控制器,实现了输出反馈Tubes-MPC时钟同步的指数稳定。以不完全量测下的观测模型为基础,定量分析了统计意义下的同步误差方差上界与下界,并采用MPC中Set-Theory-in-Control方法,将完全量测下的干扰误差集合运算于由丢包所引入的附加的估计误差集合,建立了集合约束下的模型预测优化模型。已构建的统一框架下的输出反馈Tubes-MPC时钟同步系统化方法,综合考量了控制理论在线计算复杂度与网络控制观点应用的可行性,对无线网络的不可靠性、网络规模、收敛性能具有鲁棒性,进一步容易扩展为网络级绝对时钟状态空间模型。