具有时变时延和丢包的网络控制系统H∞优化控制

研究了一类存在时变时延和丢包的网络控制系统(networked control systems, NCS )的H∞优化控制问题。当网络时延和连续丢包有界时,NCS被建模为等效的具有时变时滞的系统,利用Lvapunov Krasovskii泛函和线性矩阵不等式方法,在NCS渐近稳定的基础上给出NCS状态反馈次优和最优H∞控制律的设计方法,求解时不需要使用重复迭代,设计控制器时也无须知道调节参数。仿真表明了此方法的可行性和有效性。     

基于状态多时延模型的NCS鲁棒H_∞容错控制

针对一类具有时变时延和丢包的网络化控制系统,同时考虑模型参数不确定性和外界扰动的影响,基于一种状态多时延模型,以时滞依赖的方法,推证出了确保闭环系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒H∞完整性的判据,并以求解线性或非线性矩阵不等式的方式,给出了鲁棒H∞容错控制器的设计方法。由于模型中考虑了时延下界,且证明过程未进行模型转换和交叉项放大处理,其结果具有较少保守性。最后以一仿真示例验证了所述方法的有效性。     

基于LS-SVM的网络化控制系统自适应预测控制

针对网络化控制系统（NCS）中的随机时变时延,提出了一种用最小二乘支持向量机（LS-SVM）预估网络时延的方法。先将网络时延建模为非线性时间序列,再用径向基函数（RBF）作为LS-SVM的核函数,建立了网络控制系统的时延预测模型,然后用该模型预估的时延作为控制器的参数,对网络化控制系统的时延进行补偿和预测控制。仿真结果表明提出的时延预测方法,对网络控制系统的随机时变时延有较高的预测精度,根据该时延设计的控制器能使系统的输出很好地跟踪期望的输出。     

基于变采样周期方法的网络控制系统协同设计

提出了一种基于变采样周期的动态调度策略,通过实时调整控制系统的采样周期以适应网络中信息流的变化,改善网络中时延、丢包等问题.采用动态调度策略的NCS为一个变采样周期系统,考虑时延的影响,通过等效变换将时延和采样周期的不确定性转化为系统参数的不确定性,从而将NCS建模为一类具有参数不确定性的离散时间系统,并给出了系统D-稳定的控制器设计方法,实现NCS的控制与调度协同设计.最后通过数值仿真验证了所提出的方法的有效性.     

具有参数不确定性的长时延网络控制系统研究

针对具有参数不确定性的长时延网络控制系统,提出了系统的建模方法,并且分析和讨论了系统的稳定性和控制器设计方法.当假设网络控制系统的传感机构为时间驱动,执行机构与控制器为事件驱动,被控对象具有参数不确定性以及网络诱导时延具有时变、不确定和大于单位采样周期的特点时,运用矩阵分析理论,将广义网络被控对象建模为一类含有不确定项的线性离散系统.基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,分析了闭环系统渐近稳定的充分条件,并推导出系统的控制器设计方案.仿真结果表明稳定判据的可行性与控制器设计的有效性.     

一类不确定时延网络控制系统的模糊控制

针对网络控制系统(NCS)同时存在网络诱导时延和数据包丢失的情况,讨论了如何设计控制器的问题。首先,给出了一种新的闭环网络控制系统的建模方法——模糊T-S方法,利用这种模糊模型去逼近非线性网络控制系统,使之局部线性化,并在此模型的基础上应用平行分布补偿原理设计了网络控制系统模糊控制器。进而,应用Lyapunov理论和LMI方法,研究了模糊NCS的稳定性问题,同时基于线性矩阵不等式给出依赖状态时滞和网络诱导时延的状态反馈模糊控制器的设计方法,并获得使模糊NCS稳定的充分条件。通过两个仿真实例验证了该控制方法的有效性。     

基于T-S模型的不确定NNCS鲁棒容错保性能设计

针对一类具有时变时延和丢包的不确定非线性网络化控制系统,基于T-S(Takagi-Sugeno)模糊模型,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,得出在执行器发生失效故障的情形下,系统基于线性矩阵不等式的渐近稳定且具有良好动态性能的时滞依赖充分条件,并给出了最优鲁棒容错保性能控制器的设计方法。由于证明中没有进行任何模型变换,并考虑了时延下界,使结果具有较少保守性。最后,仿真示例验证了本文所述方法的有效性和可行性。     

动态输出反馈网络控制系统鲁棒控制器设计

研究了具有不确定时延的动态输出反馈网络控制系统鲁棒控制器设计问题.考虑小于等于一个采样周期的不确定时延,将动态输出反馈网络控制系统建模为含有不确定性的离散时变系统.利用Lyapunov理论和矩阵不等式方法,推导出系统鲁棒控制律存在的条件,并转化为矩阵不等式表示的可行性问题,从而可利用Matlab LMI工具箱来求解,以便构造鲁棒控制律.Matlab仿真算例说明分析方法和结果是有效可行的.     

单输入网络化控制系统的时延补偿滑模控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延问题,提出了一种离散滑模控制方法。基于一类线性时不变被控对象的单输入网络化控制系统离散模型,构造了具有时延补偿的滑模面。通过系统状态预估及对状态运动的分析,设计了可以完全消除系统抖振的滑模控制器。李亚普诺夫方法证明了该控制器能使系统状态在不产生抖振的前提下收敛于滑模面,并保证系统的渐近稳定,同时不要求网络诱导时延小于一个采样周期。以位置伺服系统为对象的仿真实例验证了该设计方法的有效性。     

执行器故障不确定非线性NCS鲁棒满意容错设计

针对一类具有更一般执行器故障的不确定非线性网络化控制系统,考虑时延和丢包的影响,基于状态反馈策略,将其建模为具有状态区间时变时延的T-S模糊模型,通过构造适当的时滞依赖Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了使不确定非线性网络化控制系统同时具有α-稳定、H扰动抑制及广义H2等多性能指标约束的鲁棒满意容错判决准则,并给出了相应控制器的优化求解方法。由于证明中仅采用Jensen及更紧界的Jensen改进不等式处理相关积分项,而未引入其他辅助自由权矩阵,因此在减少结论保守性的同时降低了计算复杂度。最后以仿真示例验证了所述方法的有效性和可行性。     

Packet-loss-dependent stabilization of NCSs with network-induced delay and packet dropout

This paper is concerned with controller design of networked control systems (NCSs) with both network-induced delay and arbitrary packet dropout.By using a packet-loss-dependent Lyapunov function,suffic...     

基于GASA算法的网络控制系统的控制器设计

提出了一种基于遗传算法和模拟退火算法的混合策略，用于单包传输下的线性网络控制系统中远程PID控制器的设计。这种新的混合策略被称为GASA算法。由于网络导致的延迟存在，GASA算法被用于确定最佳的PID增益。在求解过程中，GASA算法在各温度下依次进行GA和SA搜索，其中SA的初始解来自GA的进化结果，SA经过Metropolis抽样过程得到的解又成为了GA进一步进化的初始种群，而温度的更新由退温操作来控制。对设定的性能指标如超调量和调整时间的违背量将作为GAsA适应度函数中的惩罚项。本文对基于Profibus-DP网络的网络控制系统进行测试，并与修正Ziegler-Nichols法的优化结果进行比较，结果表明在对网络导致的延迟没有任何先验知识的情况下，用于网络控制系统中远程控制器设计的GASA算法能够获得满意的控制效果。     

Guaranteed cost control for discrete-time networked control systems with random Markov delays

The guaranteed cost control for a class of uncertain discrete-time networked control systems with random delays is addressed.The sensor-to-controller (S-C) and contraller-to-actuator (C-A) random network-induced delays are modeled as two Markov chains.The focus is on the design of a two-mode-dependent guaranteed cost controller,which depends on both the current S-C delay and the most recently available C-A delay.The resulting closed-loop systems are special jump linear systems.Sufficient conditions for existence of guaranteed cost controller and an upper bound of cost function are established based on stochastic Lyapunov-Krasovakii functions and linear matrix inequality (LMI) approach.A simulation example illustrates the effectiveness of the proposed method.     

网络化控制系统观测器/控制器集成设计方法

针对一类网络化控制系统,提出一种输出反馈控制的新方法--观测器/控制器集成设计。该方法借助状态观测器重构系统状态,设计输出反馈控制器,将闭环系统建模为一类混杂系统。利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,以线性矩阵不等式（linear matrix inequality, LMI）形式给出了闭环系统的稳定性判据以及观测器/控制器的集成设计方法。仿真算例说明了所提出的方法简单、有效且易于实现。     

多输入多输出网络控制系统的绝对稳定性分析

考虑到网络诱导时延和网络通道的非线性反馈干扰,研究了多输入多输出网络控制系统的时滞依赖稳定性。基于各回路有界的状态反馈输入,建立闭环系统的Lurie时滞系统模型。应用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式工具,分析了各子系统在有扇形条件约束的绝对稳定性,同时得到网络控制系统全局稳定运行的最大允许时延界。最后,通过仿真例子,表明该方法是可行的。     

Fuzzy controller design for networked control system with time-variant delays

1.INTRODUCTIONAs a system becomes more and more intelligent andflexible,the systemrequires more sensors,actuators,and controllers,which are often referred to as fielddevices.In most cases,these field devices requiresome type of electrical connection because they aredistributed over a certain area.Conventionally thesedevices are connected with point-to-point connec-tions,whichis not suitable any more for modern in-dustrial control systems,because the number of cableis proportional tothe squ…     

一类介质访问约束下的网络控制系统设计

针对多输入多输出的网络控制系统,传感器和执行器为时间驱动,由于网络资源的有限性,在每个传输周期内,系统往往只有部分传感器和执行器得到网络介质访问权,与远程控制器进行数据传输,这称为网络控制系统的介质访问约束性,它极大地影响到系统的稳定性和控制性能,成为网络控制中亟待解决的问题。针对这一问题将网络控制系统建模为输出矩阵和输入矩阵随介质约束改变的切换系统,并利用切换系统分析方法和稳定性理论,设计了切换观测器和基于观测器的状态反馈控制器,分析了周期调度下该网络控制闭环系统的稳定性,最后通过仿真验证了这种方法的有效性。     

Stability Analysis of Event-Triggered Networked Control Systems with Time-Varying Delay and Packet Loss

Networked control systems(NCSs) are facing a great challenge from the limitation of network communication resources. Event-triggered control(ETC) is often used to reduce the amount of communication while still keeping a satisfactory performance of the system, by transmitting the measurements only when an event-triggered condition is satisfied. However, some network-induced problems would happen inevitably, such as communication delay and packet loss, which can degrade the control performance significantly and can even lead to instability. In this paper, a periodic eventtriggered NCS considering both time-varying delay and packet loss is studied. The system is discretized into a piecewise linear system with uncertainty. Then the model is handled by a polytopic overapproximation method to be more suitable for stability analysis. Finally, stability conditions are obtained and presented in terms of linear matrix inequalities(LMIs). The result is illustrated by a numerical example.     

Performance Improvement of NCSs Under Complex Network via Concurrent Paths

Different from the single paths between controllers and plants of networked control systems(NCSs), the complex network provides widespread links and brings plenty of paths from the controller side to the plant side. Benefit from this advantage, a novel data transmission dispatching strategy is proposed. When the direct path can not satisfy the condition of system demand, neither stability nor performance, some specified paths compose a concurrent-path to transmit the control signal concurrently. Firstly, the networked control systems(NCSs) are expressed by the switched systems model with the constant network-induced delay, and the network communication is described as a packet-loss process. Secondly, taking system's exponential decay rate as its performance indicator, the relationship between control signal transmission paths and system performance is quantitatively given by considering packet losses as the compound poisson process and the alternating renewal process. Then, due to that different combination of paths induces the different statistical properties of packet losses, the approach to find an appropriate concurrent-path is proposed concerning two mutually constrained factors, the system performance demand and the utilization of network resources. After the theoretical analysis, a distributed communication platform based on peer-to-peer(P2P) network technology is designed and implemented to realize the concurrent-path transmission on internet. Finally, the practical experiment on the platform demonstrates the validity and effectiveness of proposed approach.