时隙ALOHA协议下的网络化控制系统协同设计

作     者：李志慧 刘中常 郭戈 LI Zhi-hui;LIU Zhong-chang;GUO Ge

作者机构：大连理工大学控制科学与工程学院辽宁大连116024 大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110004 东北大学秦皇岛分校控制工程学院河北秦皇岛066004 

出 版 物：《控制理论与应用》 (Control Theory & Applications)

年 卷 期：2019年第36卷第7期

页      面：1122-1129页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金项目(61573077,61703445) 辽宁省自然科学基金项目(20180540064) 广东省自然科学基金项目(1614050001452,2017A030310050) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(3132018123)资助 

主　　题：网络化控制系统 时隙ALOHA 吞吐率 协同设计 切换系统 

摘      要：针对网络化控制系统中信道容量有限的问题,本文提出一种基于时隙ALOHA通信协议的控制与通信协同设计方法.将控制系统的采样周期划分为若干等长度的时隙,在每个时隙中,系统的分布式传感器通过时隙ALOHA 协议来随机竞争接入网络.由于在不同的采样周期各个传感器的接入状态不同,整个状态反馈控制系统将在若干子系统之间进行切换.据此,本文建立了离散的切换系统模型,并利用分段李雅普诺夫函数方法和平均驻留时间技术得到了能够保证系统指数稳定的充分条件.然后,给出能够保证控制系统稳定所需的信道吞吐率的界限,进而得到了时隙ALOHA协议中的最大重传次数与控制系统衰减率的定量关系.通过上述方法,本文建立了控制-通信协同设计的框架结构,可将控制器的增益矩阵和时隙ALOHA通信协议进行协同设计.最后,通过仿真验证了本文所提出的协同设计方法的有效性.