姚俊毅

个人信息

参与实验室科研项目

基于资源调度和预测控制的无线网络化控制系统的联合设计

研究课题

网络化控制系统不同于传统控制网络中各个组件直连，其传感器，控制器以及执行器通过某种形式的通信网络形成闭环。网络化控制系统中具有挑战性的部分是设计可以在无线网络上可靠运行的控制器。从根本上说，通信网络限制了网络化控制系统各个器件中可以交换的信息量，更确切的说，通信网络会产生时延以及丢包。本课题旨在研究合适的网络调度方案，了解现有的路由协议，同时从优化网络以及解决时延丢包两个角度设计网络的调度协议以及控制算法。

学术成果

共撰写/参与撰写专利 1 项，录用/发表论文 3 篇，投出待录用论文0篇。

patent

1. 一种多径通信网络化控制系统的路径调度与控制器协同设计方法 赵云波, and 姚俊毅 2020 [Abs] [pdf]

   一种基于多径路由的网络化控制系统的路径调度以及控制器设计方法，包括如下步骤：对网络化控制系统建立状态空间模型,考虑路径切换导致的时变时延模型，建立基于时延的切换系统模型；根据切换子系统模型，设计并通过锥补线性化算法求解子系统的控制增益。给出路径调度方案的设计并计算网络的路径代价值；结合子系统的路径代价值以及控制增益，利用分支定界法对调度方案具体参数进行设计。

Journal Articles

1. 计算受限控制系统的一种全资源预测控制方法 马翠芹, 赵云波, 姚俊毅, and 韩康 自动化学报 2019 [Abs] [doi] [pdf]

   针对具有时变有限且不可预知计算资源的控制系统，提出了一种充分利用可用计算资源的预测控制策略和相应的控制器设计方法。该策略在控制系统可用计算资源充足时计算多步前向预测控制量，进而使用合适预测控制量在控制器因缺少计算资源无法运行时闭合 系统，达到了在不要求额外计算资源前提下提升控制系统性能的效果，利用改进的模型预测控制方法设计了相应的控制器，并分别使用纯数值和Matlab/LabVIEW联合仿真算例对所提出的方法进行了验证。

2. 多径路由网络化控制系统的路径调度与控制器协同设计 赵云波, 姚俊毅, and 倪洪杰 系统科学与数学 2019 [Abs] [pdf]

   研究了带有多径通信路由的网络化控制系统的通信路径调度和控制器的协同设计问题。通过将不同通信路径切换及带来的时延变化建模为系统模态的切换，得到了所研究系统的切换系统模型。给出了使得闭环系统指数稳定的通信路径调度所需满足的条件，并提出了满足系统稳定和网络负载均衡的闭环通信路径调度方案和控制器设计方法。数值仿真算例验证了算法的优越性和有效性。

Conference Articles

1. 多径路由网络化控制系统的建模和稳定性分析 赵云波, and 姚俊毅 In 中国控制会议 2018 [Abs] [pdf]

   研究了基于多径路由的网络化控制系统，对多径路由中存在的时延和丢包进行建模，并对由于长时延和多路径 丢包所导致的控制信息的乱序进行分析，并将其建立成有限状态的Markov链的形式。利用基于包的控制方法针对不同 的执行器端时延的情况设计控制器。最后数值仿真验证了算法的优越性和有效性。

学位论文

Theses

1. 多径路由通信下网络化控制系统的协同设计与分析 姚俊毅 浙江工业大学, 杭州 2019 [Abs] [pdf]

   在网络化控制系统中，传感器、执行器和控制器分布在不同区域，并通过无 线网络形成相应的控制回路。其中，多径路由的传输方式在网络化控制系统中普 遍存在，但是，现有的研究中却较少涉及。事实上，多数数据通信网络均为多跳 网络，即从源节点到目的节点的数据传输需经过多个中继节点，而通信网络往往 采取动态的路由发现机制，这就使得从任一源节点到目的节点的传输路径不唯一， 即所谓“多径路由”。从通信网络角度看，多径路由对网络的负载均衡、路由可 靠性等方面有较大帮助。但是，多径路由的存在对网络化控制系统的设计和分析 带来了新的机遇和挑战。一方面，可以通过新颖的设计充分利用多径路由的特性 以提高网络化控制系统的数据传输效率，另一方面，对多径的调度、分配和优化 等也需要新的解决方法。 本文主要研究了多径路由通信下的网络化控制系统的协同设计问题。首先对 多径路由网络化控制系统进行建模，从兼顾控制系统稳定性和有利于网络整体环 境的角度出发，提出了多径路由调度算法和相关的控制器设计方法，不仅保证了 系统的稳定性，并在考虑实时网络情况的前提下，实现了网络的优化。本文严格 限制了网络的条件，未来将进一步放宽该限制，考虑在多径通信网络中使用竞争 机制来处理同时的通道访问请求或者使用基于状态的优先级来确定对网络的访 问顺序，从而可以得到更一般和普适的调度和控制协同设计算法。本文的主要工 作和成果如下： 1. 研究了基于多径路由的网络化控制系统时延补偿问题，提出了一种新的 多径路由随机时延建模方法。针对基于多径路由的网络化控制系统，对多径路由 中存在的时延和丢包进行建模，强调由长时延和多路径丢包所导致的数据包乱序 的影响，并将其建立成有限状态的 Markov 跳变系统的形式，然后采用基于包的 控制方法针对不同的执行器端时延的情况设计控制器。该方法不仅保证了系统的 稳定性，还实现了全局网络的负载平衡。最后使用纯数值仿真对方法的有效性和 优越性进行了验证。 2. 研究了基于多径路由传输引发的多时延切换问题 ，提出了一种新的网络 化控制系统的路径调度和控制协同设计方法。针对基于多径通信路由的网络化控 制系统的通信路径调度和控制器的协同设计问题，通过将不同通信路径切换所带来的时延变化建模为系统模态的切换，得到了所研究系统的切换系统模型，给出 了使得闭环系统指数稳定的通信路径调度所需满足的条件，并提出了满足系统稳 定和网络负载均衡的闭环通信路径调度方案和控制器设计方法。该方法不仅保证 了系统的指数稳定性，并在考虑实时网络情况的前提下，实现了系统的局部最优。 最后分别使用基于 MATLAB 的纯数值仿真和基于 LabVIEW 的虚拟仪器仿真对 算法进行了验证，结果表明了协同设计方法的有效性和优越性。

毕业去向

中国电信杭州分公司， IT运营