網路控制系統研究(I)

Abstract

近五年來，國際學術界甚多重量級學者在研究網路控制系統之相關主題。所謂網路控制系統指的是一個控制系統其回授路徑是以網路連接，感測器所量測的回授信號經由網路傳給控制器，控制器所下的控制命令也經由網路傳輸到受控系統。這跟傳統上的控制系統回授路徑直接以導線點對點連接相比較，系網路控制系統之特性完全不同。當控制系統的回授路徑以網路連接，因網路特性造成的非等時間取樣、不確定時間延遲、傳輸資料(封包)遺失、量化誤差、有限的資料傳輸率等等網路控制系統特有的特性，使得相關穩定性分析與控制器設計問題變得異常困難，需要更多的數學技巧。 一般的網路控制系統，網路除了傳輸控制系統的相關資訊外，也常需傳送其它非控制目的的資料。故我們通常希望網路控制系統的資料傳輸量越少越好。在本計劃中，我們將研究網路控制系統之相關研究主題，主要重心放在探討如何降低網路控制系統的資料傳輸量。分為三個主題：第一個主題是研究網路排程對網路控制系統的特性之影響及其相關控制器的設計。在三年的時間裡我們將研究網路排程對網路控制系統之穩定度的影響及如何設計控制器使得系統所佔用網路的時間最短、系統數學模式帶有不確定性項之相關網路排程及控制器的設計問題、及網路排程對網路控制系統之∞H特性的影響及如何設計∞H控制器使得系統所佔用網路的時間最少。 第二個主題不用網路排程的觀念，以一種新的概念---有需要才傳輸---設計網路控制系統以降低資料傳輸量。第一年研究如何找出可保證網路控制系統穩定的最長資料傳輸週期及如何設計控制器使得資料傳輸週期(非取樣週期)可以最長。第二年研究在系統數學模式不是很確定下，如何找出可保證網路控制系統穩定的最長資料傳輸週期及如何設計控制器使得資料傳輸週期可以最長。第三年探討網路控制系統的∞H特性，研究如何找出可保證網路控制系統∞H特性滿足要求的最長資料傳輸週期及如何設計∞H控制器使得資料傳輸週期可以最長。 第三個主題，以model-based的概念設計網路控制系統的控制器以降低資料傳輸量。第一年研究在資料傳輸週期是固定的情況下，如何找出可保證model-based網路控制系統穩定的最長資料傳輸週期，並研究如何設計控制器使得資料傳輸週期可以最長。第二年研究在資料傳輸週期不是固定的情況下(可能最大值已知或傳輸時間是一個隨機變數)，如何找出可保證model-based網路控制系統穩定的條件，並研究相關控制器如何設計。第三年探討model-based網路控制系統的∞H特性，研究如何找出可保證model-based網路控制系統∞H特性滿足要求的最長資料傳輸週期及如何設計∞H控制器使得資料傳輸週期可以最長。