基于混雜切換模型的汽車(chē)懸架和軌跡跟蹤網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著工業(yè)控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜以及對(duì)控制精度的要求日漸提高，控制過(guò)程中的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(DEDS)和連續(xù)過(guò)程動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(CVDS)的耦合關(guān)系越來(lái)越明顯，混雜系統(tǒng)的理論研究受到了越來(lái)越多的關(guān)注?；祀s系統(tǒng)的基本思想是通過(guò)離散事件和連續(xù)過(guò)程之間的耦合作用來(lái)研究系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。具有網(wǎng)絡(luò)通信約束的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的調(diào)度量和控制量之間存在耦合，符號(hào)控制指令又可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和操作，使得將通信約束的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作為混雜系統(tǒng)來(lái)考慮優(yōu)勢(shì)更加明顯。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

2、(NCS)是由網(wǎng)絡(luò)作為通信信道的控制系統(tǒng)，其閉環(huán)性能不僅依賴(lài)于控制算法的設(shè)計(jì)，還依賴(lài)于對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的合理調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中控制性能與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能是一個(gè)整體，控制和調(diào)度分離設(shè)計(jì)的一些聯(lián)合設(shè)計(jì)方案沒(méi)有考慮控制性能與調(diào)度性能之間的交互影響，難以獲得NCS性能的綜合優(yōu)化。為解決這一問(wèn)題，本文提出了基于混雜系統(tǒng)建模的控制和調(diào)度聯(lián)合設(shè)計(jì)方法。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已經(jīng)在汽車(chē)中得到了廣泛的應(yīng)用(在高端汽車(chē)控制系統(tǒng)中尤為廣泛)，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備可實(shí)現(xiàn)信息共享、減

3、少布線(xiàn)、降低成本和提高總體可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可提高汽車(chē)綜合控制的準(zhǔn)確性。本文以車(chē)載網(wǎng)絡(luò)為研究背景，將通信約束的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建立成切換系統(tǒng)形式的模型，從而將調(diào)度序列和控制序列之間的耦合關(guān)系用數(shù)學(xué)表達(dá)式表現(xiàn)出來(lái)。在此基礎(chǔ)上，利用控制和調(diào)度聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的控制性能和調(diào)度性能，給出調(diào)度器和控制器的聯(lián)合設(shè)計(jì)方法。
　　首先，描述了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程以及存在的基本問(wèn)題，介紹了網(wǎng)絡(luò)控制和調(diào)度研究現(xiàn)狀，以及現(xiàn)有的基于混

4、雜系統(tǒng)的建模方法；然后，簡(jiǎn)述了車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的概念，總結(jié)了車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程，概括了車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)及常用于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的幾種總線(xiàn)。
　　其次，針對(duì)一個(gè)前向通道具有介質(zhì)接入通信約束的多輸入多輸出系統(tǒng)，結(jié)合周期調(diào)度序列的概念，根據(jù)混雜系統(tǒng)理論建立了切換系統(tǒng)模型。并在此基礎(chǔ)上，考慮網(wǎng)絡(luò)通道中可能存在的干擾，設(shè)計(jì)了基于有限時(shí)間的離散最優(yōu)控制算法?；谝呀?jīng)建立的切換系統(tǒng)模型，從系統(tǒng)的能控性和能觀(guān)性的角度出發(fā)，給出了保證系統(tǒng)能控、能觀(guān)的調(diào)度序列的選取辦

5、法。并將其應(yīng)用到汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)上，取得了較好的控制效果。
　　最后，將具有通信約束和時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模成集成調(diào)度和控制信息的離散切換系統(tǒng)。提出了一種動(dòng)態(tài)調(diào)度和狀態(tài)反饋控制聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法，這種方法通過(guò)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)來(lái)選擇控制和調(diào)度策略，和普遍采用的靜態(tài)調(diào)度比，系統(tǒng)的魯棒性更強(qiáng)。由于控制序列和調(diào)度序列是同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化的，所以實(shí)現(xiàn)了真正意義上的控制和調(diào)度的聯(lián)合設(shè)計(jì)。并將其應(yīng)用到四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)的軌跡跟蹤上，取得了較理想的控制效果。<