自动控制原理-博导讲坛(xin).ppt

1、复杂网络动态系统的性能分析与控制,燕山大学 网络控制与生物信息处理研究中心 关新平,2007-3-20,河北大学学术讲座,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,2007-3-20,河北大学学术讲座,1986-1999 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

2、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 2000.8 2004.1-2004.7 香港城市大学制造工程及工程管理系 2005.1-2005.3 Visiting Professor, Research Fellow 2001.8-2001.9 香港中文大学自动化及计算机辅助工程系 2003.1-2003.2 Research Fellow 2002.10-2002.11 美国加州大学Los Angeles分校访问学者,一. 简历,2007-3-20,河北大学学术讲座,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

3、总揽,基础 理论 (1986-) 控制 系统 (1995-) 通信 网络 (2000-),泛函微分差分方程 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,2007-3-20,河北大学学术讲座,科研项目,研究工作 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 通信网络的拥塞控制,时滞对系统 性能的影响,研究内容及科研项目,2007-3-20,河北大学学术讲座,取得的主要研究成果概况,2007-3-20,河北大学学术讲座,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：控制器在实际工业过程实现时存在脆弱性和近

4、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 Science (2003) Circuits,

5、Systems Lecture Notes in Computer Science (2004)等,2007-3-20,河北大学学术讲座,3.2 因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析,优点 减少包丢失 减小队列时延,2007-3-20,河北大学学术讲座,3.2 因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析,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）,2007-3-20,河北大学学术讲座,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

6、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YELLOW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),2007-3-20,河北大学学术讲座,YELLOW算法一文评价,Steven Low 计算机网络主编,2007-3-20,河北大学学术讲座,YELLOW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。,20

7、07-3-20,河北大学学术讲座,YELLOW算法一文评价,该文相当完备,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,2007-3-20,河北大学学术讲座,SAVQ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.,2007-3-20,河北大学学术讲

8、座,对REM算法稳定性分析一文的评价,该文首次考虑在非齐次时延情形下REM算法的稳定性问题,The paper is the first to consider linear stabilityof REM, with static source algorithm andgeneral utility function, in the presence of heterogeneous delay, over a single link. I find the paper interesting and solid.,2007-3-20,河北大学学术讲座,加州理工学院Netlab实验室主页,

9、Caltech的Netlab实验室主页引用REM算法稳定性分析一文,2007-3-20,河北大学学术讲座,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 Network

10、s 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,2007-3-20,河北大学学术讲座,发表论文和引用期刊统计,引用期刊 IEEE Tra

11、ns. On Automatic Control IEEE Trans. On Circuits and Systems IEEE Trans. On Power System IEEE Signal Processing Letters IEE Proc. Control Theory and Applications Int. Journal of System Sciences Int. Journal of Bifurcation and Chaos Chaos, Solitions & Fractals Physics Letters A,2007-3-20,河北大学学术讲座,四、近

12、期开展的研究工作：复杂网络动态系统的性能分析与控制,网络化：控制系统的变革,Mote传感器,Crossbow Company,无线Mesh网络,有线网络,2007-3-20,河北大学学术讲座,无线Ad Hoc网络的定义,无需基础结构，自组织连接,需要有线通信基础设施的支持,2007-3-20,河北大学学术讲座,无线Ad Hoc网络的应用,军事,救灾,会议,2007-3-20,河北大学学术讲座,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的最大区别是它通过接入点（AP）接入Interne

13、t， 而Ad Hoc独立组建临时网络。,Ad Hoc,Internet,WMN,2007-3-20,河北大学学术讲座,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； ,2007-3-20,河北大学学术讲座,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 Company,WSN应用 防灾 野生动物监察 智能建筑 交通 医疗 军事,2007-3-20,河北大学学术讲座,无线传感执行器网络（WSAN）,分布式点到点控

14、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。,2007-3-20,河北大学学术讲座,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,能量意识的 协调控制技术,科学问题： 跨层优化协议设计？ 跨层优化协议体系下的透明性和可扩展性？ 能量受限下的传感器和执行器的自组织协调控制技术？ 通信协议性能和移动控制性能的优化

15、？,跨层耦合的复杂性！,移动控制技术与 跨层协议相互制约 和协调的复杂性！,WSAN：典型的复杂网络动态系统！,2007-3-20,河北大学学术讲座,研究手段和创新点,主要研究手段 跨层优化体系模型化技术； 基于非线性时滞模型的稳定性分析和协调控制技术。 创新点 以关联系统观点分析跨层协议的耦合特性，解决跨层协议发展面临的透明性和可扩展性问题； 在协议性能限制条件下（自组织控制结构体系和能量限制）优化控制性能，发展具有能量意识的协调控制技术。,2007-3-20,河北大学学术讲座,预期研究目标,预期研究目标 用数学规划和非线性时滞理论揭示跨层协议的各层次之间、跨层协议与移动控制技术之间的协调与制约的复杂特性