了得網工業技術_數字浪潮：工業互聯網先進技術”叢書--網絡化繫統智能控制與濾波

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網絡化繫統是通過實時網絡在傳感器、控制器和執行器等繫統節點間傳輸信息，從而實現協同操作和資源共享的一種完全分布式的閉環反饋控制繫統。相比於傳統控制方式，網絡化繫統具有可靠性高、易於維護和擴展、易於實現信息交互以及遠程控制等優勢，使控制繫統呈現出節點智能化、結構網絡化、功能分散化的特點。然而，網絡化繫統對控制理論和技術提出了更高的要求，網絡誘導現像復雜性、網絡信息缺失性等給繫統性能分析、控制與濾波綜合等問題都帶來了巨大挑戰。傳統理論與方法無法滿足網絡化動態繫統穩定、高效、低耗運行的重大需求，迫切需要發展面向網絡化繫統的新理論與新方法。

內容簡介

本書繫統地介紹了網絡化繫統智能控制與濾波理論的最新成果和研究進展。內容包括網絡化繫統的概念、基本問題、國內外研究進展以及典型智能化控制與濾波算法；基於事件觸發機制下的時變時延網絡化繫統H∞控制、L2量化控制、H∞濾波、模糊控制、量化H∞控制問題的理論成果；多丟包時延網絡化繫統H∞量化控制；最後介紹了分布式時延非線性網絡化繫統H∞濾波及故障診斷問題。全書通過大量實例驗證理論方法的有效性和優越性。本書主要面向網絡化控制、智能控制、多智能體繫統、無人繫統等領域的學者以及博士、碩士研究生等人員，也可供電力、航空、冶金等行業的控制工程師閱讀。

作者簡介

無

第1章概述 001
1.1網絡化繫統概念 002
1.1.1網絡化繫統簡介 002
1.1.2網絡化繫統背景意義 004
1.2網絡化繫統基本問題 006
1.2.1網絡誘導時延 007
1.2.2數據包丟失 007
1.2.3信號量化 008
1.2.4單包傳輸和多包傳輸 008
1.2.5網絡節點觸發策略 009
1.2.6傳感器飽和與故障 010
1.3智能控制與濾波方法 010
1.3.1模糊控制 011
1.3.2神經網絡控制 011

第1章概述 001
1.1網絡化繫統概念 002
1.1.1網絡化繫統簡介 002
1.1.2網絡化繫統背景意義 004
1.2網絡化繫統基本問題 006
1.2.1網絡誘導時延 007
1.2.2數據包丟失 007
1.2.3信號量化 008
1.2.4單包傳輸和多包傳輸 008
1.2.5網絡節點觸發策略 009
1.2.6傳感器飽和與故障 010
1.3智能控制與濾波方法 010
1.3.1模糊控制 011
1.3.2神經網絡控制 011
1.3.3自適應控制 012
1.3.4模型預測控制 012
1.3.5魯棒H∞控制 013
1.4網絡化繫統研究發展概述 013
1.4.1時延網絡化繫統研究進展 013
1.4.2丟包網絡化繫統研究進展 017
1.4.3量化網絡化繫統研究進展 019
1.4.4事件觸發網絡化繫統研究進展 022
1.4.5傳感器飽和與故障網絡化繫統研究進展 025
1.4.6綜合問題的網絡化繫統研究進展 029

第2章事件觸發時變時延網絡化繫統H∞控制 035
2.1問題描述 036
2.2穩定性及H∞性能分析 041
2.3H∞控制器設計 043
2.4仿真實例 045

第3章事件觸發時變時延網絡化繫統L2量化控制 049
3.1問題描述 050
3.2L2穩定性分析 056
3.3L2量化控制器設計 058
3.4仿真實例 062

第4章事件觸發時變時延網絡化繫統H∞濾波 065
4.1問題描述 066
4.2穩定性及H∞性能分析 070
4.3H∞濾波器設計 074
4.4仿真實例 076

第5章事件觸發時延網絡化繫統模糊控制 081
5.1問題描述 082
5.2穩定性及H∞性能分析 087
5.3H∞控制器設計 091
5.4仿真實例 093

第6章事件觸發時延網絡化繫統量化H∞控制 099
6.1問題描述 100
6.2穩定性及H∞性能分析 106
6.3H∞控制器設計 109
6.4仿真實例 113

第7章多丟包時延網絡化繫統量化H∞控制 119
7.1問題描述 120
7.2穩定性及H∞性能分析 125
7.3H∞控制器設計 128
7.4仿真實例 130

第8章分布式時延非線性網絡化繫統H∞濾波 135
8.1問題描述 136
8.2穩定性及H∞性能分析 139
8.3H∞濾波器設計 144
8.4仿真實例 147

第9章分布式時延非線性網絡化繫統H∞故障診斷 151
9.1問題描述 152
9.2穩定性及H∞性能分析 155
9.3H∞故障診斷濾波器設計 160
9.4應用實例 163
9.4.1仿真實例1 163
9.4.2仿真實例2 165

參考文獻 174

前言

“工業4.0”和“中國制造2025”等戰略舉措，對生產模式的轉變產生了重大深遠的影響，其指導思想旨在通過信息技術和網絡空間虛擬繫統的深度融合，實現制造業智能化轉型和跨越式發展。近年來，在計算機科學、嵌入式繫統、通信技術迅猛發展的驅動下，網絡通信和控制繫統的交叉融合獲得了前所未有的發展契機。當前，以網絡化繫統為核心的相關技術作為我國信息化和工業快速發展的助推器，隨著制造業和互聯網融合的迅速發展，正在成為支撐和引領全球新一輪產業變革的技術核心體繫。
網絡化繫統是通過實時網絡在傳感器、控制器和執行器等繫統節點間傳輸信息，從而實現協同操作和資源共享的一種完全分布式的閉環反饋控制繫統。相比於傳統控制方式，網絡化繫統具有可靠性高、易於維護和擴展、易於實現信息交互以及遠程控制等優勢，使控制繫統呈現出節點智能化、結構網絡化、功能分散化的特點。然而，網絡化繫統對控制理論和技術提出了更高的要求，傳統理論與方法無法滿足網絡化動態繫統穩定、高效、低耗運行的重大需求，迫切需要發展面向網絡化繫統的新理論與新方法。

“工業4.0”和“中國制造2025”等戰略舉措，對生產模式的轉變產生了重大深遠的影響，其指導思想旨在通過信息技術和網絡空間虛擬繫統的深度融合，實現制造業智能化轉型和跨越式發展。近年來，在計算機科學、嵌入式繫統、通信技術迅猛發展的驅動下，網絡通信和控制繫統的交叉融合獲得了前所未有的發展契機。當前，以網絡化繫統為核心的相關技術作為我國信息化和工業快速發展的助推器，隨著制造業和互聯網融合的迅速發展，正在成為支撐和引領全球新一輪產業變革的技術核心體繫。
網絡化繫統是通過實時網絡在傳感器、控制器和執行器等繫統節點間傳輸信息，從而實現協同操作和資源共享的一種完全分布式的閉環反饋控制繫統。相比於傳統控制方式，網絡化繫統具有可靠性高、易於維護和擴展、易於實現信息交互以及遠程控制等優勢，使控制繫統呈現出節點智能化、結構網絡化、功能分散化的特點。然而，網絡化繫統對控制理論和技術提出了更高的要求，傳統理論與方法無法滿足網絡化動態繫統穩定、高效、低耗運行的重大需求，迫切需要發展面向網絡化繫統的新理論與新方法。
本書主要內容來源於筆者二十年來關於網絡化繫統智能控制與濾波等關鍵技術和重要問題的繫統性研究成果。第1章介紹了網絡化繫統的概念、基本問題、國內外研究進展情況，同時闡述了智能化控制與濾波算法的基本工作原理；第2～6章面向帶寬受限網絡傳輸環境，以通信資源和保證控制性能為前提，詳細介紹了事件觸發機制下的時變時延網絡化繫統H∞控制、L2量化控制、H∞濾波、模糊控制、量化H∞控制問題的研究成果，進一步探究了實際工業網絡化繫統性質；第7章重點介紹了多丟包時延網絡化繫統H∞量化控制問題；第8、9章分別介紹了分布式時延非線性網絡化繫統H∞濾波及故障診斷問題。全書通過實例驗證了理論方法的有效性和優越性。
本書主要面向從事網絡化控制、智能控制、多智能體繫統、無人繫統等方向研究的學者博士、碩士研究生等人員，以及從事電力、航空、冶金等行業的控制工程師。
本書得到了國家自然科學基金優秀青年基金（61922063）、面上基金（62073143，62173146）、青年基金（62003139）、上海優秀學術帶頭人（19XD1421000）、上海港澳臺國際科技合作項目（19510760200）、上海自然科學基金（22ZR1416200，20ZR1415200）、上海市科研創新重大項目（2021-01-07-00-02-E00107）等項目的資助。本書出版之時，筆者要特別感謝國家自然科學基金委和上海市科委、等長期以來的資助，同時也要感謝國內外學術界和工業界的同行們，正是與他們的有益交流，使筆者對網絡化繫統的理解不斷深入，並獲得啟發。同時要特別感謝筆者所在團隊的老師和研究生團隊成員的大力支持和幫助。
由於筆者水平有限，書中疏漏之處在所難免，懇求廣大讀者批評指正。

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