基于TrueTime的网络控制系统仿真平台的构建及其仿真分析

TrueTime是基于MATLAB/Simulink的网络控制系统仿真工具箱,是目前使用较为广泛的网络控制系统虚拟仿真工具。介绍了一种基于TrueTime的网络控制系统仿真平台,并用基于TrueTime的弹簧-阻尼系统仿真模型为实例,说明该仿真平台的构建方法,同时通过与MATLAB的阶跃响应曲线对比,证明该仿真模型可以很好地模拟网络环境。针对网络控制系统中网络时延和数据包的丢失这两个主要问题,通过对仿真结果的分析,验证网络时延、数据丢包等因素对网络控制系统控制性能的影响。     

网络化时延补偿策略及其在三容系统中的应用

网络诱导时延在网络控制系统中是不可避免的,并且对控制系统性能有非常重要的影响.为了解决网络化控制系统的时延问题,研究了具有时变传输时延的网络化控制系统的稳定性问题.时变的时延可以看作是平均时延和不确定时延之和.具有长时延的网络控制系统可以建模为具有结构不确定性的离散时间模型.基于这个模型,通过求解一个迭代linear matrix inequality,给出了使闭环系统稳定的控制器.通过对三容系统的仿真研究,证实了所提方案的有效性.     

基于交换式以太网的网络控制系统仿真平台

研究了传统以太网和交换式以太网的网络时延问题,提出了一种基于交换式以太网的网络控制系统仿真平台．该仿真平台用两台计算机分别仿真实际控制系统中的控制器和被控对象,这两台计算机通过实际网络相连．其中控制器和被控对象通过Matlab仿真实现,两者的数据通信通过高级程序语言VB完成,VB与Matlab的数据交互通过ActiveX自动化技术解决．根据网络中央节点设备的不同,可以分别在真实的以太网和交换式以太网环境下,仿真不同网络负载时的网络控制系统．仿真实验证明了该平台的有效性和可行性．     

一种基于负载侦听的多径路由算法研究

在移动Ad Hoc网络中,随着节点移动速度加快和发包强度的增加,造成网络中数据丢包严重,数据传输时延加剧.将整个网络中各节点MAC层的总平均估计时延和节点队列缓存的占用情况结合起来,启用多径路由进行数据传输.仿真实验表明,改进后的方案在节点移动速度比较快时,能够显著提高数据传输成功率,增加网络承受负载能力,提高OLSR的路由传输能力.     

基于动态矩阵方法的网络控制系统补偿策略

针对网络控制系统数据包不确定的问题,分析了该特性对网络控制系统的影响以及目前的控制方法,设计了控制器节点由事件-时间驱动,传感器节点和执行器节点由时间驱动的分布式网络控制系统模型.在此基础上,根据预测控制中动态矩阵方法具有的简单实用的特点,提出了基于动态矩阵方法的时延控制和数据包丢失补偿策略.应用此策略进行了仿真,结果表明补偿后的系统输出与存在网络时延,但数据包按时到达的系统输出几乎一致,验证了该策略的有效性.     

基于最优预测状态估计的网络化最优控制

针对网络化控制系统中存在的时变网络诱导时延和数据包丢失,提出基于最优预测状态估计的网络化线性二次型高斯(LQG)最优控制算法.对于存在网络诱导时延的情况,考虑反馈信号的网络诱导时延大于1个采样周期的情况,把网络化最优预测状态估计算法与传统最优控制算法结合,补偿网络诱导时延的影响.对于存在时变数据包丢失的情况,把时变数据包丢失的状态描述为1个二元赋值变量,假定当数据包丢失时目标节点保持上一时刻的值,给出相应的最优预测状态估计器和线性二次型(LQ)最优控制器的设计方法.研究结果表明:分离定理成立;网络化最优预测状态估计方法的缺点在于随着网络诱导时延增大或数据包丢失数目增加,其预测估计误差协方差阵略微增大,从而导致最优控制系统的代价略微增长.仿真和实验验证了算法的有效性和理论分析的正确性.     

基于时延准T-S模型的网络化控制系统鲁棒容错控制

针对具有马尔可夫特性时延的网络化控制系统,基于时延准T-S模型,考虑系统参数不确定性的影响,采用状态反馈控制律,通过构造离散Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出确保网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒完整性的充分条件,通过求解LMIs给出容错控制器的设计方法.通过仿真实例得到,网络化控制系统在发生执行器失效故障时仍是渐近稳定的,说明该方法对于具有马尔可夫特性时延的影响,不确定网络控制系统在执行器失效故障时具有鲁棒完整性.     

预测控制理论在网络时延补偿策略中的应用

针对网络控制系统(NCS)中的时延问题,在分析网络时延特性的基础上,对系统采用预测控制策略进行时延补偿,该策略用易于测量的网络往返时延代替不易单独测量的前向时延和后向时延,并用MATLAB/TrueTime仿真工具箱对实际系统进行了仿真实验研究.仿真结果表明该策略能保证网络控制系统的良好性能.     

基于T-S模型的网络化控制系统的鲁棒容错控制

提出了网络化控制系统的一种全新的建模方式--基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型的网络化控制系统模型,即通过对具有马尔可夫特性的网络时延的分析,得到各时延值的发生概率即局部模型隶属度,从而建立T-S全局模糊模型.在此基础上建立不确定的网络化控制系统模型.考虑系统的不确定性,并针对传感器和执行器的失效问题,提出了保证系统鲁棒稳定的设计算法.利用李亚普诺夫函数,证明该算法能保障网络化控制系统的容错性和稳定性,仿真结果验证了其有效性.     

基于网络控制系统的感应电动机H_∞鲁棒控制

为解决网络化感应电机控制中的干扰抑制问题,提出了感应电机网络化鲁棒控制模型。该模型运用直接反馈化方法将具有强非线性的感应电机数学模型线性化,然后引入具有时延的网络控制系统。通过设定最大网络时延,并运用矩阵不等式等方法,给出了系统鲁棒稳定的充分条件和状态反馈控制算法。仿真结果表明,该鲁棒控制策略动态性能优于具有时延的比例微分积分控制(PID)方法,能够对转子电阻参数摄动进行有效抑制。