【摘 要】
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网络化系统中频繁的信息采集和传输会导致通信带宽和能源的浪费,在保证性能的同时,控制系统与通信协议的协同设计对高效、公平利用资源具有重要意义。本文对非线性网络化控制系统的通信与控制协同设计问题进行了系统的研究,并探讨了在车联网中的应用问题。主要工作包括如下几方面:（1）研究了基于时变通信时延影响的网络化欧拉-拉格朗日系统的分布式聚合博弈控制问题。首先,分别考虑了通信具有“小”时延和“大”时延的一组网
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网络化系统中频繁的信息采集和传输会导致通信带宽和能源的浪费,在保证性能的同时,控制系统与通信协议的协同设计对高效、公平利用资源具有重要意义。本文对非线性网络化控制系统的通信与控制协同设计问题进行了系统的研究,并探讨了在车联网中的应用问题。主要工作包括如下几方面:（1）研究了基于时变通信时延影响的网络化欧拉-拉格朗日系统的分布式聚合博弈控制问题。首先,分别考虑了通信具有“小”时延和“大”时延的一组网络化欧拉-拉格朗日系统来寻找纳什平衡点,并且给出相应的分布式控制算法。然后,分析了两种情况的收敛性,第一种情况得出了保证全局指数收敛的时延上界,而第二种情况得出了甚至在“大”时延有一定限制的情况下全局指数收敛。（2）研究了基于半马尔可夫通信信道分配的网络化群体系统控制问题。针对介质访问约束的问题,提出了一种以半马尔可夫链为模型的随机调度协议。与传统的马尔可夫过程相比,半马尔可夫过程的转移率是时变的且依赖于驻留时间。在网络条件约束下,建立了闭环非线性网络化控制系统模型,并且对该模型进行了稳定性分析和控制器综合研究。通过选取适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,得到了具有通信传输延迟的闭环非线性网络化控制系统是指数均方稳定的,并且给出了控制器的设计方法。（3）研究了基于观测器的自适应事件触发非线性网络化系统的滑模控制问题。为了减少通信资源的不必要浪费,提出了一种改进的自适应事件触发机制,利用观测器来估计系统状态以及给出了相应的滑模面。在通信时延和饱和约束下,将状态误差系统和滑动模态建立为一个闭环时滞系统。通过选取适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,得到了保证闭环系统在给定的L∞性能下最终有界稳定和渐近稳定的充分条件。同时研究了一种协同设计方法来获取滑模参数、观测器增益和事件触发参数。此外,可以通过设计滑模控制器在有限时间内确保系统可以到达滑模面。（4）研究了基于混合事件触发传输和规定能量预算的网联车辆协作控制问题。为了减少传感器节点的能耗,提出了一种具有通信能量约束的混合事件触发机制。基于车辆自组织网络,在通信时延、混合事件触发机制以及通信能量约束条件下,建立了闭环车队系统模型。同时,为车队系统建立了混合事件触发机制和输出反馈控制器的协同设计算法,以确保整体车队的稳定性、车队队列稳定性以及实现零稳态误差响应。
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