通信约束下网络控制系统：TOD调度与H∞控制协同设计的稳定策略

本文探讨了一种针对具有通信约束和随机时延的网络控制系统（Networked Control System, NCS）的动态调度与H∞控制协同设计方法。研究的焦点是解决这类系统在实际通信环境中所面临的挑战，如有限的带宽、数据丢包和不确定性等。 首先，作者提出了基于试一次丢弃（Try-once-Discard, TOD）的动态调度策略。TOD是一种有效的通信管理技术，它允许在网络通信过程中，在接收端检测到数据包丢失后仅尝试重新发送一次，而不是每次都进行重传，从而减少冗余通信并适应网络拥塞。这种策略在实时性和效率之间寻找平衡，确保了控制系统的实时响应能力。 在考虑了通信约束和随机时延的影响后，作者将网络控制系统建模为一种离散切换系统，其中系统参数存在不确定性。这种模型考虑了实际系统中的随机因素，使得设计更为稳健。利用切换系统理论和Lyapunov稳定性分析，作者提出了一个针对TOD调度策略的闭环系统渐近稳定鲁棒H∞控制器设计方法。H∞控制是一种追求系统性能的同时确保其稳定性的方法，尤其适用于存在噪声和不确定性的情况。 H∞控制器的设计旨在最小化系统性能指标与不确定性之间的折衷，即使在存在通信约束和随机时延的环境下，也能保证系统的性能和稳定性。通过这一协同设计，作者试图在复杂通信环境和控制性能需求之间找到最优解决方案。 最后，通过仿真验证了该方法的有效性。作者展示了在实际应用中，基于TOD动态调度策略与鲁棒H∞控制器的网络控制系统能够在通信受限和时延波动的条件下，实现预期的控制效果，证明了这种方法在实际工程场景中的可行性。 总结来说，这篇文章深入研究了通信约束对网络控制系统的影响，提出了一种有效的方法来处理这些约束，并通过理论分析和实验证明了这种方法在提高系统性能和稳定性方面的优势。这对于优化网络控制系统的实时性和可靠性具有重要意义，为工程实践提供了理论指导。