复杂网络动态系统的性能分析与控制课件

1、复杂网络动态系统的性能分析与控制 2005-6-252007-3-202007-3-20提纲简历已取得的主要成果拟开展的研究工作致谢时滞系统的鲁棒控制非线性动力学系统的参数辨识、控制与同步复杂网络动态系统的性能分析与控制通信网络的拥塞控制无线传感执行器网络通信协议设计无线移动协调控制技术2005-6-252007-3-202007-3-201986-1999 东北重型机械学院（燕山大学）助教、讲师、 副教授1996.9-1999.7 哈尔滨工业大学获工学博士学位1999-至今燕山大学教授2000-至今燕山大学控制理论与控制工程专业博士生导师2004-至今 河北省工业计算机控制工程重点实验室主任

2、2000.82004.1-2004.7 香港城市大学制造工程及工程管理系2005.1-2005.3 Visiting Professor, Research Fellow2001.8-2001.9 香港中文大学自动化及计算机辅助工程系2003.1-2003.2 Research Fellow2002.10-2002.11 美国加州大学Los Angeles分校访问学者一. 简历2005-6-252007-3-202007-3-20二、主要工作、创新点及其评价非线性动力学系统辨识、控制与同步拥塞控制协议设计实现与性能评估研究总揽基础理论(1986-)控制系统(1995-)通信网络(2000-)泛

3、函微分差分方程振动理论时滞系统鲁棒稳定性分析和控制综合通信网络拥塞控制系统性能分析时滞系统2005-6-252007-3-202007-3-20取得的主要研究成果概况项目成果概况论文SCI收录61篇，EI收录102篇，ISTP收录13篇SCI引用：38篇共被引用308次 SCI他人引用217次 引用期刊总数49种 引用作者人数61人专著混沌控制及其在保密通信中的应用，国防工业出版社，2002.10奖励教育部自然科学一等奖，2003年黑龙江省自然科学一等奖，2004年2005-6-252007-3-202007-3-20第一部分 时滞系统的鲁棒控制1.1 不确定线性时滞系统鲁棒控制 问题 1：控

4、制器在实际工业过程实现时存在脆弱性和近似 性问题, 如何在 控制器设计时就考虑可能产生的不确定性? 问题 2：针对普遍存在的多面体不确定性参数系统，如何设计合适的L-K 泛函来拟合参数结构，从而降低保守性？ 问题 3：1D系统鲁棒优化控制方法能否推广到2-D系统? 研究不确定系统弹性控制器设计方法，揭示系统性能之间的关系。 提出双多面体L-K泛函方法，降低系统稳定性分析的保守性。 提出离散2-D系统的鲁棒保性能控制概念和设计方法。 代表性论文：IEE Proc. Control Theory and Application (1999, 2001) Int. J. Systems Scienc

5、e (2003) Circuits, Systems & Signal Processing (2005)2005-6-252007-3-202007-3-201.2 不确定非线性时滞系统鲁棒控制 问题 1：如何放松对非线性时滞系统的假设条件限制？ 问题 2：如何避免现有的Backstepping设计方法的循环设计问题? 问题 3：非线性时滞系统模型不能精确已知时，如何设计控制器？ 提出未知时滞非线性项的高维有界描述形式，构造新颖的Lyapunov泛函，给出了控制器设计方法。 发现和指出非线性时滞系统基于Backstepping方法控制器的循环设计问题，并进一步给出动态输出反馈递推控制器设计方

6、法，通过选择合适的虚拟控制律，避免了该问题的出现。 结合自适应模糊思想，给出关联非线性时滞大系统控制器设计方案。 代表性论文：IEEE Trans. Automatic Control (03, 04, 05) （此刊为控制界顶级刊物） Applied Math. Computation (04) Int. J of Adaptive Control and Signal Processing (05) Fuzzy Sets and Systems (04, 05)2005-6-252007-3-202007-3-201.3 非线性时滞系统基于T-S模糊模型的鲁棒控制 问题 1：如何避免在设计

7、动态输出反馈控制器时遇到的状态与输出交叉 耦合的难题? 问题 2：Piecewise Lyapunov方法会人为引入参数的不确定性，从而额外 增加系统设计的保守性，如何降低？ 提出复合模糊规则和双指标动态反馈控制器的设计方法，给出系统输出子空间和控制子空间的连接桥梁，建立了GPDC设计原理。 提出Piecewise-Fuzzy型前件变量空间的完备等价划分方法，避免现有piecewise Lyapunov方法会人为地引入系统不确定性的缺点。 对通信网络系统的路由器给出控制策略，用以调整路由器算法参数。 代表性论文：IEEE Trans. Fuzzy Systems (2004, 2005a, 2

8、005b, 三篇长文) Fuzzy Sets and Systems2005-6-252007-3-202007-3-20第二部分 非线性动力学系统的参数辨识、控制与同步2.1 混沌系统的参数辨识和同步 问题 1：能否在线辨识未知参数，使得辨识和控制同时完成，而且避 免通常情形下对参数微分信号的依赖? 问题 2：参数辨识的思想如何应用于系统的同步控制中？ 利用辅助系统信号来隐含状态微分信号，去除了一般辨识过程中对状态微分信号的依赖性。 基于T-S模糊模型，通过求解LMI同时获得参数辨识器和同步控制器的参数，实现对参数未知主从(Master-Slave)混沌系统的同步。 代表性论文：Physic

9、s Lett. A (2004) 物理学报(2001)等2005-6-252007-3-202007-3-20同行的评价上述提到的方法和许多其它同步方法只有当混沌系统的参数已知时才有效。要想在两个含有未知参数的混沌系统之间实现同步，不是一项简单的工作，因为同时涉及未知参数的辨识和控制器的设计，关于这个富有挑战性的问题目前很少有相关报道。关等人应用观测器的思想实现了Lorenz系统未知参数的辨识。吕等人用同样的方法研究了Chens混沌系统的同一个问题。该文物理学报，2001 被SCI引用27次，其中他引21次，国内外多位学者将这一设计思想融入到系统控制器的设计中。Chen等人在Physics L

10、etter A，2002对该文的评价：2005-6-252007-3-202007-3-202.2 时滞混沌系统内嵌周期轨道的控制 问题 1：时滞反馈控制方法如何推广到时滞混沌系统中？控制器的 时滞和系统时滞如何平衡？ 问题 2： ? No 如何估计出所允许的控制器时滞上界? 建立时滞混沌系统内嵌周期轨道的时滞反馈控制框架，控制器时滞可以与系统时滞不同。 提出“完整时滞反馈控制器”设计思想 ，建立了系统时滞、控制器时滞和控制器增益的隐含关系。 代表性论文：Int. J. of Bifurcation & Chaos (2003); Physics Lett. A (2004, 2005 in

11、press); 物理学报等2005-6-252007-3-202007-3-20同行的评价文Int. J. of Bifurcation and Chaos，2003被SCI引用11次，其中Sun和Park 等人对该文的贡献予以肯定。SunChaos, Solitons and Fractals, 2004评价： But seldom researchers consider if the DFC method can be used to control time-delay chaotic system. In paper 40, the authors have extended the

12、 DFC approach to time-delay chaotic system and the sufficient conditions for stabilization and tracking problems via DFC have obtained from the results based on SFC 但是很少有研究者考虑时滞反馈控制方法是否可以用以控制时滞混沌系统。在文Int. J. of Bifurcation and Chaos, 2003中，作者将时滞反馈方法推广到了时滞混沌系统中，从标准反馈控制的结果中得到了时滞反馈镇定控制和跟踪控制的充分条件 Park等C

13、haos, Solitons and Fractals, 2005评价： With this motivation, Guan et al. and Sun have investigated the controller design problem of a class of time-delay chaotic systems using the famous OGY-method.在这个思想的启发下，关等人和Sun应用著名的OGY方法研究了一类时滞混沌系统的控制器设计问题。2005-6-252007-3-202007-3-203.1 ATM网络显示速率拥塞控制算法ATM Network

14、可控流ABR拥塞控制DataMailFTPAudioVideoWeb2005-6-252007-3-202007-3-203.1 ATM网络显示速率拥塞控制算法 问题 1：启发式算法的稳定性分析和参数设定？ 问题 2：ATM网络拥塞控制系统非线性特性的建模和算法设计? 针对网络流量的自相似特性，利用分数自回归积分滑动平均模型拟合长相关特性，提出二次型高斯拥塞控制算法。 提出采用高阶神经网络对ATM路由器非线性队列行为建模，给出自适应显示拥塞控制算法。 代表性论文：Journal of High Speed Network (2005); Lecture Notes in Computer Sc

15、ience (2004)等2005-6-252007-3-202007-3-203.2 因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析AQMTCPDelayQueueQrefQt控制器控制对象研究背景： TCP流体建模 静态参数主动队列管理设计：RED, REM, AVQ 基于频域的稳定性分析（广义Nyquist图） TCP:Queue:2005-6-252007-3-202007-3-20问题 1：网络参数 均为时变的，如何保证系统的鲁棒稳定性 和自适应性？问题 2：时变时延对系统鲁棒稳定性的影响？3.3 因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析 提出自适应时变参数主动队列管理设计方法，给出YELLO

16、W算法和改进的AVQ算法。 采用时域稳定性分析方法，揭示了时变时延对REM算法鲁棒稳定性的影响和解析特性。代表性论文： IEEE Communications Letters (2003,2005) Computer Networks (2005，26页的长文)2005-6-252007-3-202007-3-20YELLOW算法一文评价Steven Low计算机网络主编2005-6-252007-3-202007-3-20YELLOW算法一文评价这是一个有趣的技术该文提出了新的主动队列管理算法，称为YELLOW。2005-6-252007-3-202007-3-20YELLOW算法一文评价该

17、文相当完备该文与目前代表性的AQM算法作了相当详尽的量化比较性能优越2005-6-252007-3-202007-3-20SAVQ算法评价该文首次指出了AVQ算法gamma参数设定的敏感问题。 我发现该文是有趣和完好的。The paper is the first to point out the subtle problem for setting the parameter gamma in AVQ algorithm. I find the paper interesting and solid.2005-6-252007-3-202007-3-20 加州理工学院Netlab实验室主页C

18、altech的Netlab实验室主页引用REM算法稳定性分析一文2005-6-252007-3-202007-3-20发表论文和引用期刊统计发表论文期刊 IEEE Trans. On Automatic Control 3篇IEEE Trans. On Fuzzy Systems 3篇IEEE Communication Letters 2篇IEE Proc. Control Theory and Applications 2篇Int. Journal of System Sciences 1篇Computer Networks 1篇Journal of High Speed Networks

19、 1篇Int. Journal of Bifurcation and Chaos 1篇Physics Letters A 4篇Chaos, Solitions & Fractals 2篇Fuzzy Sets and Systems 2篇Circuits, Systems & Signal Processing 1篇Int. J of Adaptive Control and Signal Processing 1篇Applied Mathematics and Computation 1篇2005-6-252007-3-202007-3-20四、近期开展的研究工作：复杂网络动态系统的性能分析与

20、控制网络化：控制系统的变革集中式的点到点控制系统分布式总线控制系统(星型)Mote传感器,Crossbow Company无线Mesh网络有线网络2005-6-252007-3-202007-3-20无线Ad Hoc网络的定义无需基础结构，自组织连接WLANWLAN需要有线通信基础设施的支持 2005-6-252007-3-202007-3-20无线Ad Hoc网络的应用军事救灾会议2005-6-252007-3-202007-3-20无线网状网（WMN）的定义无线Mesh网络中，任何无线设备都可以同时作为接入点和路由器，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。与Ad Hoc的最大区

21、别是它通过接入点（AP）接入Internet， 而Ad Hoc独立组建临时网络。Ad HocInternetWMN2005-6-252007-3-202007-3-20无线网状网（WMN）的应用家用无线宽带；企业内部无线宽带；社区无线宽带；智能交通网络；无线城域网；2005-6-252007-3-202007-3-20无线传感器（WSN）及应用WSN按照监控的需要，以Ad Hoc方式部署联网。WSN的无线节点集信息采集，通信处理于一身。比拇指还小的Mote传感器,Crossbow CompanyWSN应用防灾野生动物监察智能建筑交通医疗军事2005-6-252007-3-202007-3-20无线传感执行器网络（WSAN）分布式点到点控制系统无线传感执行器网络化系统特性：易于配置、维护；信息丰富、灵活；具有移动特性；造价低，易于市场推广。未来高性能工业控制系统发展方向！研究意义：WSAN是当前国内外学术和应用界的研究热点，跨层优化协议设计和能量意识的协调控制技术是其中的难点问题。2005-6-252007-3-202007-3-20复杂特性WSAN通信协议体系WSAN移动控制系统技术低能量损耗限制无结构体系跨层优化通信协议体系能量意