复杂网络动态系统的性能析与控制

1、复杂网络动态系统复杂网络动态系统的性能分析与控制的性能分析与控制 2005-6-252007-3-20提纲简历简历已取得的已取得的主要成果主要成果拟开展的研究拟开展的研究工作工作致谢致谢时滞系统的时滞系统的鲁棒控制鲁棒控制非线性动力学系统的非线性动力学系统的参数辨识、控制与同步参数辨识、控制与同步复杂网络动复杂网络动态系统的性能态系统的性能分析与控制分析与控制通信网络的拥塞控制通信网络的拥塞控制无线传感执行器网络无线传感执行器网络通信协议设计通信协议设计无线移动协调控制技术无线移动协调控制技术2005-6-252007-3-201986-1999 东北重型机械学院（燕山大学）助教、讲师、东北重

2、型机械学院（燕山大学）助教、讲师、 副教授副教授1996.9-1999.7 哈尔滨工业大学获工学博士学位哈尔滨工业大学获工学博士学位1999-至今至今燕山大学教授燕山大学教授2000-至今至今燕山大学控制理论与控制工程专业博士生导师燕山大学控制理论与控制工程专业博士生导师2004-至今至今 河北省工业计算机控制工程重点实验室主任河北省工业计算机控制工程重点实验室主任2000.82004.1-2004.7 香港城市大学制造工程及工程管理系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

3、港中文大学自动化及计算机辅助工程系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 美国加州大学美国加州大学los angeles分校访问学者分校访问学者一. 简历2005-6-252007-3-20二、主要工作、创新点及其评价二、主要工作、创新点及其评价非线性动力学系统非线性动力学系统辨识、控制与同步辨识、控制与同步拥塞控制协议设计拥塞控制协议设计实现与性能评估实现与性能评估研究总揽研究总揽基础基础理论理论(1986-)控制控制系统系统(1995-)通信通信网络网络(2000-)泛函微分差分方程泛函微分差分方程振动理

4、论振动理论时滞系统鲁棒稳定时滞系统鲁棒稳定性分析和控制综合性分析和控制综合通信网络拥塞控制通信网络拥塞控制系统性能分析系统性能分析时时滞滞系系统统2005-6-252007-3-20项目来源项目来源项数项数完成情况完成情况负责负责参加参加国家自然科学基金国家自然科学基金25已完成项目已完成项目6项，目前作为项目第二负责人项，目前作为项目第二负责人1项项省部级科技项目省部级科技项目162在研项目在研项目4项，已完成项，已完成14项项国际合作项目国际合作项目4均已完成均已完成合合 计计1811科研项目科研项目研究工作研究工作1.时滞系统的鲁棒控制时滞系统的鲁棒控制2.非线性动力学系统的参数辨识、控

5、制与同步非线性动力学系统的参数辨识、控制与同步3.通信网络的拥塞控制通信网络的拥塞控制时滞对系统时滞对系统性能的影响性能的影响研究内容及科研项目研究内容及科研项目2005-6-252007-3-20取得的主要研究成果概况项目项目成果概况成果概况论文论文sci收录收录61篇，篇，ei收录收录102篇，篇，istp收录收录13篇篇sci引用：引用：38篇共被引用篇共被引用308次次 sci他人引用他人引用217次次 引用期刊总数引用期刊总数49种种 引用作者人数引用作者人数61人人专著专著混沌控制及其在保密通信中的应用，国防工业出版混沌控制及其在保密通信中的应用，国防工业出版社，社，2002.10

6、奖励奖励教育部自然科学一等奖，教育部自然科学一等奖，2003年年黑龙江省自然科学一等奖，黑龙江省自然科学一等奖，2004年年2005-6-252007-3-20第一部分第一部分 时滞系统的鲁棒控制时滞系统的鲁棒控制1.1 不确定线性时滞系统鲁棒控制不确定线性时滞系统鲁棒控制 问题问题 1：控制器在实际工业过程实现时存在脆弱性和近似控制器在实际工业过程实现时存在脆弱性和近似 性问题性问题, 如何在如何在 控制器设计时就考虑可能产生的不确定性控制器设计时就考虑可能产生的不确定性? 问题问题 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

7、l-k 泛函来拟合参数结构，从而降低保守性？泛函来拟合参数结构，从而降低保守性？ 问题问题 3：1d系统鲁棒优化控制方法能否推广到系统鲁棒优化控制方法能否推广到2-d系统系统? 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。泛函方法，降低系统稳定性分析的保守性。 提出离散提出离散2-d系统的鲁棒保性能控制概念和设计方法。系统的鲁棒保性能控制概念和设计方法。 代表性论文：代表性论文：iee proc. control theory and applicatio

8、n (1999, 2001) int. j. systems science (2003) circuits, systems & signal processing (2005)2005-6-252007-3-20同行的评价同行的评价h. karand, v. singh ieee tran. circuits and systems, 2004对文对文iee proc., 2001的引用和评价：的引用和评价：文文13考虑了考虑了fms lss不确定不确定2d离散系统的保性能控制问题离散系统的保性能控制问题建立了鲁棒控制器设计方法，建立了鲁棒控制器设计方法，使得闭环系统渐近稳定并能使

9、得闭环系统渐近稳定并能保证充分的性能指标。保证充分的性能指标。2005-6-252007-3-201.2 不确定非线性时滞系统鲁棒控制 问题问题 1：如何放松对非线性时滞系统的假设条件限制？如何放松对非线性时滞系统的假设条件限制？ 问题问题 2：如何避免现有的如何避免现有的backstepping设计方法的循环设计问题设计方法的循环设计问题? 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，构造新颖的提出未知时滞非线性项的高维有界描述形式，构造新颖的lyapunovlyapunov泛函，给

10、出了控制器设计方法。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发现和指出非线性时滞系统基于backsteppingbackstepping方法控制器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法，通过选择合适的虚拟控制律，避免了该问题的出现计方法，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。设计方案。 代表性论文：代表性论文：ieee trans. automatic control (03,

11、 04, 05) （此刊为控制界顶级刊物）（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)2005-6-252007-3-201.3 非线性时滞系统基于非线性时滞系统基于t-s模糊模型的鲁棒控制模糊模型的鲁棒控制 问题问题 1：如何避免在设计动态输出反馈控制器时遇到的状态与输出交叉如何避免在设计动态输出反馈控制器时遇到的状态与输出交叉 耦合的难题耦合的难题? 问题问题 2：piecewi

12、se lyapunov方法会人为引入参数的不确定性，从而额外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？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，提出复合模糊规则和双指标动态反馈控制器的设计方法，给出给出系统系统输出子空间和控制子空间的连接桥梁，建立了输出子空间和控制子空间的连接桥梁，建立了gpdc设计原理。设计原理。 提出提出piecewise-fuzzy型前件变量空间的完备等价划分方法，避免现有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。方法会人为地引

13、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。 代表性论文代表性论文：ieee trans. fuzzy systems (2004, 2005a, 2005b, 三篇三篇长文长文) fuzzy sets and systems2005-6-252007-3-20第二部分第二部分 非线性动力学系统的参数辨识、控制与同步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混沌系统的参数辨识和同步 问题问题 1 1：能否在线辨识未知参数，使得辨识和控制同时完成，而且避能否在线辨识未知参

14、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免通常情形下对参数微分信号的依赖? ? 问题问题 2 2：参数辨识的思想如何应用于系统的同步控制中？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。对状态微分信号的依赖性。 基于基于t-st-s模糊模型，通过求解模糊模型，通过求解lmilmi同时获得参数辨识器和同步控制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器的参数，实现对参数未知主从(master-slave)混沌系统的同步。混

15、沌系统的同步。 代表性论文：代表性论文：physics lett. a (2004) 物理学报物理学报(2001)等等2005-6-252007-3-20同行的评价同行的评价上述提到的方法和许多其上述提到的方法和许多其它同步方法它同步方法只有当混沌系只有当混沌系统的参数已知时才有效统的参数已知时才有效。要想在两个含有未知参数要想在两个含有未知参数的混沌系统之间实现同步的混沌系统之间实现同步，不是一项简单的工作，不是一项简单的工作，因为同时涉及未知参数的因为同时涉及未知参数的辨识和控制器的设计，辨识和控制器的设计，关关于这个富有挑战性的问题于这个富有挑战性的问题目前很少有相关报道。关目前很少有相

16、关报道。关等人应用观测器的思想实等人应用观测器的思想实现了现了lorenz系统未知参数系统未知参数的辨识的辨识。吕等人用。吕等人用同样的同样的方法方法研究了研究了chens混沌系混沌系统的同一个统的同一个问题。问题。该文该文 物理学报，物理学报，2001 2001 被被scisci引用引用2 27 7次，次，其中其中他引他引2121次次，国内外多位学者将这一设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计思想融入到系统控制器的设计中。chenchen等人等人在在physics letter aphysics letter a，20022002对该文对该文的评价的评价：2005-6-25

17、2007-3-202.2 时滞混沌系统内嵌周期轨道的控制时滞混沌系统内嵌周期轨道的控制 问题问题 1 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？时滞和系统时滞如何平衡？ 问题问题 2 2： ? no 如何估计出所允许的控制器时滞上界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。器时滞可以与系统时滞不同。 提出提出“完整时滞反馈控制器完整时滞反馈控制器”设计设计思想思想 ，建立了系统时滞

18、，建立了系统时滞、控制器时滞和控制器增益的隐含关系。、控制器时滞和控制器增益的隐含关系。 代表性论文：代表性论文：int. j. of bifurcation & chaos (2003); physics lett. a (2004, 2005 in press); 物理学报等物理学报等),t2005-6-252007-3-20同行的评价同行的评价文文int. j. of bifurcation and chaos，2003被被sci引用引用11次次，其中，其中sun和和park 等人对该文的贡献予以肯等人对该文的贡献予以肯定定。sunchaos, solitons and frac

19、tals, 2004评价：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 dfc approach to time-delay chaotic system and the sufficient conditions for stabilization and tracking problems via dfc have obtained from t

20、he results based on sfc 但是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。在文int. j. of bifurcation and chaos, 2003中，中，作者将时滞反馈方法推广到了时滞混沌系统中，作者将时滞反馈方法推广到了时滞混沌系统中，从标准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 parkpark等等chaos, solitons and fractals, 2005评价：评价： with t

21、his 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，在这个思想的启发下，关等人关等人和和sun应用著名的应用著名的ogy方法研究了一类时滞混沌系统的控制方法研究了一类时滞混沌系统的控制器设计问题。器设计问题。2005-6-252007-3-20第三部分第三部分 通信网络的拥塞控制通信网络的拥塞控制通信网络系统通信网络系统分布

22、式总线控制系统分布式总线控制系统物理层物理层数据链路层数据链路层应用层应用层节点节点a节点节点btpretwaittposttpretwaittpostttxttx物理层物理层数据链路层数据链路层应用层应用层端到端端到端时延时延 tpre:预处理时间预处理时间 (微处理器微处理器) twait: 等待时间等待时间 (网络协议网络协议 mac) ttx:传输时间传输时间 (数据速率数据速率&传输距离传输距离 ) tpost:后处理时间后处理时间 (微处理器微处理器)设备设备时延时延网络网络时延时延滞后的信息世界！滞后的信息世界！2005-6-252007-3-203.1 atm网络显示速

23、率拥塞控制算法网络显示速率拥塞控制算法atm network可控流可控流abr拥塞控制拥塞控制datamailftpaudio video web2005-6-252007-3-203.1 atm网络显示速率拥塞控制算法网络显示速率拥塞控制算法 问题问题 1 1：启发式算法的稳定性分析和参数设定？启发式算法的稳定性分析和参数设定？ 问题问题 2 2：atmatm网络拥塞控制系统非线性特性的建模和算法设计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平

24、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提出采用高阶神经网络对atmatm路由器非线性队列行为建模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。，给出自适应显示拥塞控制算法。 代表性论文：代表性论文：journal of high speed network (2005); lecture notes in computer science (2004)等等2005-6-252007-3-203.2 因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析queuesinkoutbound linkrouterinbound lin

25、ksinktcptcpackackqueuesinkoutbound linkrouterinbound linksinktcptcpackackqueuesinkoutbound linkrouterinbound linksinktcptcpackdrop!queuesinkoutbound linkrouterinbound linksinktcptcpqueuesinkoutbound linkrouterinbound linksinktcptcpaqmcongestioncongestion notificationackqueuesinkoutbound linkrouterin

26、bound linksinktcptcpaqm优点优点 减少包丢失减少包丢失 减小队列时延减小队列时延2005-6-252007-3-203.2 因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析aqmtcpdelayqueueqrefqt控制器控制器控制对象控制对象研究背景：研究背景： tcp流体建模流体建模 静态参数主动队列管理设计：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（广义基于频域的稳定性分析（广义nyquist图）图） tcp: )(2)(1txptqrtwtwqrwdtdiiiiiqueue: tcttwtnqdtd20

27、05-6-252007-3-20问题问题 1：网络参数网络参数 均为时变的，如何保证系统的鲁棒稳定性均为时变的，如何保证系统的鲁棒稳定性 和自适应性？和自适应性？问题问题 2：时变时延对系统鲁棒稳定性的影响？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因特网主动队列管理算法设计和稳定性分析 tcttn, 提出自适应时变参数主动队列管理设计方法，给出提出自适应时变参数主动队列管理设计方法，给出yellowyellow算法和算法和改进的改进的avqavq算法。算法。 采用时域稳定性分析方法，揭示了时变时延对采用时域稳定性分析方法，揭示了时变时延对remrem算法鲁

28、棒稳定性算法鲁棒稳定性的影响和解析特性。的影响和解析特性。代表性论文：代表性论文： ieee communications letters (2003,2005) computer networks (2005，26页的长文页的长文)2005-6-252007-3-20yellow算法一文评价算法一文评价steven low计算机网络主编2005-6-252007-3-20yellow算法一文评价算法一文评价这是一个这是一个有趣有趣的技术的技术该文提出了该文提出了新的新的主动队列管理主动队列管理算法，算法，称为称为yellow。2005-6-252007-3-20yellow算法一文评价算法一

29、文评价该文该文相当完备相当完备该文与目前代表性的该文与目前代表性的aqm算法算法作了作了相当详尽的量化比较相当详尽的量化比较性能优越性能优越2005-6-252007-3-20savq算法评价算法评价该文该文首次指出首次指出了了avq算法算法gamma参参数设定的敏感问题。数设定的敏感问题。 我发现该文我发现该文是是有趣和完好的。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 inter

30、esting and solid.2005-6-252007-3-20对对rem算法稳定性分析一文的评价算法稳定性分析一文的评价该文该文首次考虑首次考虑在非齐次时延在非齐次时延情形下情形下rem算算法的稳定性问法的稳定性问题题 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 th

31、e paper interesting and solid.2005-6-252007-3-20 加州理工学院加州理工学院netlab实验室主页实验室主页caltech的的netlab实验室实验室主页引用主页引用rem算法稳算法稳定性分析一定性分析一文文2005-6-252007-3-20发表论文和引用期刊统计发表论文和引用期刊统计发表论文期刊发表论文期刊 ieee trans. on automatic control 3篇篇ieee trans. on fuzzy systems 3篇篇ieee communication letters 2篇篇iee proc. control theo

32、ry and applications 2篇篇int. journal of system sciences 1篇篇computer networks 1篇篇journal of high speed networks 1篇篇int. journal of bifurcation and chaos 1篇篇physics letters a 4篇篇chaos, solitions & fractals 2篇篇fuzzy sets and systems 2篇篇circuits, systems & signal processing 1篇篇int. j of adaptive

33、control and signal processing 1篇篇applied mathematics and computation 1篇篇2005-6-252007-3-20发表论文和引用期刊统计引用期刊引用期刊ieee trans. on automatic controlieee trans. on circuits and systemsieee trans. on power system ieee signal processing lettersiee proc. control theory and applicationsint. journal of system sc

34、iencesint. journal of bifurcation and chaoschaos, solitions & fractalsphysics letters a2005-6-252007-3-20四、四、近期开展的研究工作：近期开展的研究工作：复杂网络动态系统的性能分析与控制复杂网络动态系统的性能分析与控制网络化：控制系统的变革网络化：控制系统的变革集中式的点到点控制系统集中式的点到点控制系统分布式总线控制系统分布式总线控制系统(星型星型)mote传感器传感器,crossbow company无线无线mesh网络网络有线网络有线网络2005-6-252007-3-20无线

35、无线ad hocad hoc网络的定义网络的定义无需基础结构，自无需基础结构，自组织连接组织连接wlanwlan需要有线通信需要有线通信基础设施的支持基础设施的支持 2005-6-252007-3-20无线无线ad hocad hoc网络的应用网络的应用军事救灾会议2005-6-252007-3-20无线网状网（无线网状网（wmnwmn）的定义）的定义无线无线mesh网络中，任何无线设备都可以同时作为网络中，任何无线设备都可以同时作为接入点接入点和路由器和路由器，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。与与ad hoc的最大区别是它

36、通过接入点（的最大区别是它通过接入点（ap）接入接入internet， 而而ad hoc独独立立组建组建临时临时网络。网络。ad hocinternetwmn2005-6-252007-3-20无线网状网（无线网状网（wmnwmn）的应用）的应用家用无线宽带；家用无线宽带；企业内部无线宽带；企业内部无线宽带；社区无线宽带；社区无线宽带；智能交通网络；智能交通网络；无线城域网；无线城域网；2005-6-252007-3-20无线传感器（无线传感器（wsnwsn）及应用）及应用wsnwsn按照监控的需要，以按照监控的需要，以ad hocad hoc方式部署联网。方式部署联网。wsnwsn的无线的无

37、线节点集信息采集，通信处理于一身。节点集信息采集，通信处理于一身。比拇指还小的比拇指还小的mote传感器传感器,crossbow companywsnwsn应用应用防灾防灾野生动物监察野生动物监察智能建筑智能建筑交通交通医疗医疗军事军事2005-6-252007-3-20无线传感执行器网络（无线传感执行器网络（wsan）分布式点到点控制系统分布式点到点控制系统无线传感执行器网络化系统特性：无线传感执行器网络化系统特性：易于配置、维护；易于配置、维护；信息丰富、灵活；信息丰富、灵活；具有移动特性；具有移动特性；造价低，易于市场推广。造价低，易于市场推广。未来高性能工业控制未来高性能工业控制系统发展方向！系统发展方向！研究意义：研究意义：wsan是当前国内外学术和应是当前国内外学术和应用界的研究热点，跨层优化协用界的研究热点，跨层优化协议设计和能量意识的协调控制议设计和能量意识的协调控制技术是其中的难点问题。技术是其中的难点问题。2005-6-252007-3-20复杂特性复杂特性wsan通信协议体系通信协议体系wsan移动移动控制系统技术控制系统技术低能量损耗限制低能量损耗限制无结构体系无结构体系跨层