龚红仿预答辩公告

学位论文简介

本文致力于用ANCS建模CPS，关注CPS网络通信与控制协同设计中的建模与优化问题，以改善系统性能、减少系统成本为目的，考虑多控制器调度、资源动态供应以及不确定MRT的分析等问题。我们将排队论运用于系统建模与分析中，建立最优化模型，获得共享通信网络及控制器的各种参数与系统性能指标。主要创新点如下：

(1) 提出了一种新的双信道ANCS体系结构。在这一ANCS中，在轻量级通信情况下，通过构建排队系统，允许FSDMC模型中的部分空闲控制器进入半休眠状态，以改善系统性能、减少系统成本。

(2) 提出了一种N/(d, c)-M/M/c/K/SMWV排队系统。考虑控制器簇的随机调度问题，我们用这一排队系统量化FSDMC模型的各种性能指标，分别构造成本和性能函数。我们设计一种最优停止算法和FSDMC调度算法分别生成半休眠控制器数的最优值和多目标优化模型决策变量的最优值。

(3) 提出了滞弹性系统中的滞弹性计算模型和计算方法，给出了FSDMC模型中的滞弹性量化、正式、新的定义。用随机环境下的3-状态M/M/1/K排队系统建模FSDMC模型，精确计算滞弹性值。

(4) 提出了一种N/(d, c)-M/M/c/K/AMWV排队系统。用这一排队模型量化FSDMC模型的各种性能指标，构建最优化模型，最小化非线性CPR函数。当N/(d, c)-M/M/c/K/AMWV排队系统中的平均到达率超过平均服务率时，我们提出了一种基于PSO的最优CPR不变自适应算法，动态调整控制器服务率，保持滞弹性值基本不变。

(5) 考虑单信道ANCS中不确定MRT分析问题，用具有随机大小的批量到达的连续时间M/PH/1排队系统建模ANCS中的每个控制应用为QBD过程，以进行早期体系结构探索。用QBD过程中等待时间分布的计算方法生成每个控制应用的MRT的闭式pdf。利用获得的MRT样本值和最大似然估计方法，提出了一种基于DFP方法的参数估计算法，生成每个消息相应的pdf和cdf闭式表达式。

(6) 提出了一种新的灰色预测模型(GM(1,1))，命名为PTGM(1,1)模型，预测每个消息的响应时间。设计了一种基于DFP方法的PTGM(1,1)两参数优化算法，最小化MAPE，获得两个参数的最优值。数值结果表明，PTGM(1,1)的预测结果比现有的ITGM(1,1)模型和GM(1,1)模型更精确。

主要学术成果

[1] Hongfang Gong, Renfa Li, Jiyao An, Weiwei Chen, and Keqin Li, “Scheduling algorithms of flat semidormant multicontrollers for a cyber-physical system,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 13, no. 4, pp. 1665-1680, Aug. 2017.  (SCI一区TOP期刊)

[2] Hongfang Gong, Renfa Li, Jiyao An, Yang Bai, and Keqin Li, “Quantitative Modeling and Analytical Calculation of Anelasticity for a Cyber-Physical System,” IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, in press, 2018.   (SCI三区)

[3] Hongfang Gong, Renfa Li, Yang Bai, Jiyao An, and Keqin Li, “Message Response Time Analysis for Automotive Cyber-Physical Systems with Uncertain Delay: An M/PH/1 Queue Approach,” Performance Evaluation, vol. 125, pp. 21-47, Sept. 2018.   (SCI三区, CCF B类)