27、分布式控制与嵌入式系统：原理、模型与应用

分布式控制与嵌入式系统：原理、模型与应用

1. 分布式控制与嵌入式系统概述

分布式控制和嵌入式系统（DCESs）在各种工程领域中无处不在，它们集成了实时控制和通信功能，并在分布式硬件/软件专用架构上实现。然而，这类系统面临的主要工业挑战是系统复杂性的不断增加。在各个领域，客户需求被转化为需要控制和信息的“功能”，因此系统的连接性也在不断增强。系统工程师需要理解和掌握整个系统的行为。

为应对这一挑战，相关研究提出将控制理论进行自然扩展，通过结合计算和网络方面的内容，对经典控制建模和设计模型进行改进。研究呈现了控制律和调度算法的联合设计成果，以及对某些特殊情况下DCESs因诱导延迟而进行的稳定性分析。研究特别关注了网络通信带宽和处理器计算能力的限制，这些限制会导致采样和周期抖动、通信延迟以及信号量化受限。

2. 四轮主动悬架系统模型

2.1 模型描述

四轮主动悬架系统模型是一个七自由度系统。在该模型中，车身（即簧载质量）可以进行垂向运动、侧倾和俯仰。为了获得线性模型，假设侧倾和俯仰角度较小。悬架系统将簧载质量与四个非簧载质量（左前轮、右前轮、左后轮和右后轮）相连，非簧载质量可相对于簧载质量进行垂直弹跳。每个悬架单元由弹簧、减震器和液压执行器组成，减震器被建模为线性粘性阻尼器，轮胎被建模为线性弹簧与线性阻尼器的并联。

描述该系统需要考虑十五个主要变量：
- 簧载质量重心的垂向位置 (z)
- 簧载质量的俯仰角位置 (\phi)
- 簧载质量的侧倾角位置 (\theta)
- 左前悬架的变形量 (d_{fl})
- 左后悬架的变形量 (d_{rl})
- 右后悬