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- 商品名称：信息化与工业化两化融合研究与应用：网络控制系统的性能分析与设计
- 商品编号：11900882
随着计算机技术与通信技术的飞速发展，计算机网络已渗透到自动控制的各个领域。计算机网络与控制系统相结合，扩大了系统的规模，增加了结构复杂度，形成了集控制、通信、管理、决策等功能于一体的网络控制系统（networked control system，NCS）。一方面，相对于传统控制系统，NCS具有成本低、维护简单、节点智能化与模块化、易于资源共享、可实现远程操控与诊断等诸多优点；另一方面，网络介入传统控制系统带来了诸如通信时滞、多包传输、带宽约束、数据丢包、时钟异步等一系列新的问题，迫切需要新的控制理论和方法对NCS进行分析、设计与综合。
NCS是目前控制系统发展的主要方向之一，其研究为过去数十年来的持续研究热点。在通信与控制学科相互融合的背景下，国内外针对NCS的研究成果丰富，也有不少专著。本书力图另辟蹊径，结合作者及其研究团队在NCS领域的研究特色，介绍团队在NCS领域的部分研究成果，主要包括两个方面：④基于混杂系统理论的NCS分析与设计；②NCS的跟踪性能分析。这些内容具有以下特点：
（1）本书作者所在研究团队是国内较早应用混杂系统理论对NCS进行分析与设计等相关研究的团队之一。本书作者充分运用脉冲切换系统的理论与方法，得到某些条件下NCS的切换系统模型与脉冲系统模型的等价性，提出了网络脉冲切换控制系统的新概念，建立了网络脉冲控制系统稳定性等有关基本理论，为进一步应用脉冲切换系统理论研究网络控制系统提供了新的思路。
（2）NCS的性能分析问题是建立在网络控制系统稳定性研究上的一类新问题，旨在通过研究受网络通信约束的控制系统所能达到的极限陛能，揭示网络参量对系统性能的内在约束。本书将以跟踪性能分析为基础，介绍控制系统在受到脉冲干扰、高斯噪声干扰以及编码、解码结构下系统可达的跟踪性能极限问题。通过给出这些问题及其研究方法，构建网络环境下控制系统性能极限研究的框架。
围绕这两部分内容，本书共9章。第1章介绍了NCS的研究现状。第2章分析了NCS中的混杂现象，阐述了混杂系统的一些基本概念和预备知识。第3章结合切换系统理论研究NCS建模问题，并在模型基础上探讨了NCS的H，x，控制、保成本控制和耗散控制设计方法。第4章研究了基于脉冲系统模型的NCS鲁棒控制和保成本控制设计问题，并提出了网络化脉冲控制系统（networked impulsive control system，NICS）这一新概念，讨论了NICS的稳定性和控制器设计问题。第5章基于马尔可夫跳变系统理论研究了随机意义下的NCS，在统一的模型框架下探讨了NCS的随机切换控制、随机容错控制与网络带宽受约束时的多率控制设计问题。第6章给出了NCS性能极限的定义以及所需的预备数学知识。第7章探讨了脉冲干扰影响下的NCS跟踪性能极限问题。第8章主要讨论了高斯噪声影响下的NCS跟踪性能极限问题。第9章则研究了编码器一解码器对网络控制系统跟踪性能的影响问题。
本书的内容尽管没有涵盖研究团队关于NCS的全部成果，但读者能够通过本书的阅读了解和掌握脉冲、切换等混杂系统理论分析方法与基于频域法的网络控制系统性能极限分析方法，能够在此框架下进一步深入地分析和设计NCS。
本书由华中科技大学关治洪教授、黄剑教授、武汉大学丁李副教授、湖北师范学院姜晓伟副教授共同撰写而成。此外，昆明理工大学杨春曦副教授参与了第5章的撰写，同时本书内容还引用了关治洪教授研究团队的王后能副教授、詹习生副教授、王宝贤博士等人的研究结果，在此对他们表示感谢。本书介绍的研究工作得到多个国家自然科学基金项目的资助，如国家自然科学基金重点项目“网络环境下融合通信参量的系统控制理论与方法”（编号60834002）、国家自然科学基金面上项目“有通讯约束的群集智能混杂网络的渐近行为与优化设计”（编号61073025）、国家自然科学基金青年基金项目“基于时滞随机跳变系统的无线通信网络拥塞控制研究”（编号60603006）等，在此一并致谢。
《信息化与工业化两化融合研究与应用：网络控制系统的性能分析与设计》可供从事信息与控制类的科研工作者和工程技术人员阅读，也可作为高等院校自动化及其相关专业的教师、高年级本科生和研究生的参考书。
前言
第1章 绪论
1．1 网络控制系统概述
1．2 网络控制系统的研究现状
1．2．1 网络控制系统的建模
1．2．2 网络控制系统的性能分析
1．2．3 网络控制系统的设计方法
1．3 研究现状分析及本书主要内容
参考文献
第2章 基于混杂系统理论的网络控制系统研究
2．1 引言
2．2 网络控制系统中的混杂现象
2．3 网络控制系统的混杂控制
2．4 有关概念与引理
2．4．1 混杂脉冲切换系统概述
2．4．2 混杂脉冲切换系统理论的有关结果
2．4．3 马尔可夫跳变系统理论的一些常用结果
2．5 本章小结
参考文献
第3章 基于切换系统理论的网络控制系统分析与设计
3．1 引言
3．2 有损网络控制系统的切换系统模型
3．2．1 离散情况
3．2．2 连续情况
3．3 有损网络控制系统基于切换系统模型的H∞鲁棒控制器设计
3．4 有损网络控制系统基于切换系统模型的保成本控制器设计
3．5 带时滞的网络化切换系统的鲁棒耗散控制设计
3．5．1 问题描述
3．5．2 耗散性分析
3．6 本章小结
参考文献
第4章 基于脉冲系统理论的网络控制系统分析与设计
4．1 引言
4．2 有损网络控制系统的脉冲系统模型
4．2．1 离散情况
4．2．2 连续情况
4．3 有损网络控制系统基于脉冲系统模型的鲁棒控制器设计
4．3．1 脉冲差分系统的稳定性结果
4．3．2 不确定有损网络控制系统的鲁棒镇定
4．4 有损网络控制系统基于脉冲系统模型的保成本控制器设计
4．5 网络化脉冲控制系统的分析与设计
4．5．1 丢包影响的NICS的渐近稳定性分析
4．5．2 带传输时延的NICS的渐近稳定性分析
4．5．3 带时延和丢包的NICS的渐近稳定性
4．5．4 带数据丢包的NICS的控制器设计
4．6 本章小结
参考文献
第5章 基于马尔可夫跳变系统理论的网络控制系统分析与设计
5．1 引言
5．2 基于马尔可夫跳变系统模型的NCS随机切换控制
5．2．1 低维随机切换控制器设计
5．2．2 基于贪婪算法的有限维随机切换控制器设计
5．2．3 基于贪婪算法的切换规则设计
5．3 基于马尔可夫跳变系统模型的NCS随机容错控制
5．3．1 问题描述
5．3．2 不确定网络控制系统稳定性分析
5．3．3 不确定网络切换控制系统稳定性分析
5．3．4 网络控制系统控制器可靠性分析及容错控制器设计
5．4 基于马尔可夫跳变系统模型的NCS多率控制
5．4．1 多率网络控制系统建模
5．4．2 网络控制系统稳定性分析
5．5 本章小结
参考文献
第6章 网络控制系统性能极限概述
6．1 引言
6．2 控制系统的跟踪问题
6．3 控制系统的跟踪性能极限
6．4 网络控制系统性能极限
6．5 符号说明
6．6 若干概念和引理
6．6．1 Parseval定理
6．6．2 Cauchy积分公式
6．6．3 多输入多输出对象传递函数的若干法则
6．6．4 互质分解
6．6．5 Youla参数化
6．6．6 多输入多输出系统的非最小相位零点和不稳定极点
6．6．7 全通与最小相位分解
6．7 本章小结
参考文献
第7章 基于脉冲干扰的网络控制系统跟踪性能极限
7．1 引言
7．2 最小控制能量
7．2．1 问题描述
7．2．2 单输入单输出情形
7．2．3 多输入多输出情形
7．2．4 两自由度控制系统的最小控制能量
7．3 单通道脉冲扰动下的跟踪性能极限
7．3．1 问题描述
7．3．2 跟踪性能极限分析
7．3．3 数值仿真
7．4 双通道脉冲扰动下的跟踪性能极限
7．4．1 问题描述
7．4．2 跟踪性能极限分析
7．4．3 数值仿真
7．5 本章小结
参考文献
第8章 基于高斯噪声的网络控制系统跟踪性能极限
8．1 引言
8．2 高斯噪声下网络控制系统跟踪性能极限
8．2．1 问题描述
8．2．2 高斯噪声下单位反馈网络控制系统跟踪性能极限
8．2．3 高斯噪声下两自由度控制器网络控制系统跟踪性能极限
8．2．4 数值仿真
8．3 高斯噪声下带宽有限网络控制系统跟踪性能极限
8．3．1 问题描述
8．3．2 基于带宽限制离散网络控制系统跟踪性能极限
8．3．3 数值仿真
8．4 本章小结
参考文献
第9章 含有编码器-解码器的网络控制系统最优跟踪性能
9．1 引言
9．2 问题描述
9．3 编码器一解码器存在于反馈通道中的系统最优跟踪性能
9．4 编码器一解码器存在于前馈通道中的系统最优跟踪性能
9．5 数值仿真
9．6 本章小结
参考文献
索引
沪公网安备 31010402003631号
