网络控制系统的时延补偿策略研究

网络控制系统中由于通讯网络的引入而导致的网络时延对控制系统的稳定性和性能带来很大负面影响。对具有随机时延和系统噪声的一类网络控制系统进行了分析,设计了一种可以对随机时延进行补偿的状态观测器,该状态观测器可同时实现对噪声的滤波处理。根据文中的延迟补偿方法,研究了闭环系统的稳定性。通过实验研究,证实了提出的利用状态观测器进行时延补偿策略的有效性。     

基于改进Smith预估补偿的网络控制系统研究

为了有效减少网络时延对网络控制系统的影响,提出了一种新的改进Smith动态预估补偿方法,实现了将前向通路的时延从闭环回路中移到闭环回路外,将反馈通路(传感器到控制器)的时延从系统中彻底消除,无需对反馈通路实施网络调度。由于补偿模型不包含网络时延,因此无需在线测量、辨识或估计网络时延的大小,适用于网络时延是随机、时变和不确定,大于一个、甚至数十个采样周期的应用场合。基于CSMA/CD(Ethernet)和CSMA/AMP(CAN bus)网络协议,仿真研究验证了该方法的有效性。     

基于观测器的CAN网络在线时延补偿策略

网络时延问题是网络控制系统中的主要问题。为了解决网络时延给控制系统带来影响的问题,首先分析网络时延的产生及其可能的取值特性,在网络时延统计特性信息的基础上,从通信技术和控制技术相结合的角度出发,提出了一种基于观测器的在线时延补偿方法。通过CAN bus网络控制实验平台,分析了该补偿方法的有效性。实验结果表明,在网络延迟大的控制系统中该策略仍具有良好的控制效果。     

基于Simulink的嵌入式网络化控制仿真实现

实现了基于simulink/Real-Time Workshop(RTW)的嵌入式网络化控制仿真系统，构建了以ARM7TDMI型cPu为核，运行uclinux操作系统的嵌入式平台。建立了广域网范围的网络环境，通过延时测量实验获得了网络延时统计特性，并针对该网络环境下的分布式控制系统的前向通道和反馈通道分别提出了延时补偿方法。同时系统还为用户提供了离线仿真，和通过网络在线指导现场控制的网络远程监控功能。最后以直流电机为被控对象，在广域网环境下进行了网络化控制系统实验，验证了该系统的有效性。     

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。     

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。     

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。     

磁悬浮系统网络化控制器的设计与实现

以磁浮列车悬浮控制系统为对象,提出了网络化悬浮系统的控制方案,建立考虑网络时延下的悬浮控制系统模型,设计了基于模型的控制算法以对网络诱导时延进行补偿,建立网络化悬浮控制系统的硬件平台,并以单模块悬浮系统为对象进行了实验,仿真分析和实验表明了网络化悬浮控制系统的可实现性和控制算法的有效性.     

基于时延补偿卡尔曼滤波器的NCS组合式X2故障检测

考虑一类时延网络控制系统,提出了一种具有时延补偿功能的卡尔曼滤波器设计方法,并对系统进行状态估计.通过对系统时延特性的研究,采用变分法推导出了时延网络控制系统的离散时间卡尔曼滤波公式,给出了具体的最优线性递推滤波算法.并且在对系统进行故障检测方面,提出了一种新的组合式x2检验法.最后通过仿真实例验证了所设计的卡尔曼滤波器与组合式x2检验法的有效性.     

有时延和数据包丢失的网络控制系统反馈控制

针对同时具有网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统,假设数据包丢失率一定,网络诱导时延小于一个采样周期,将网络控制系统建模为具有事件率约束的异步动态系统。提出了使得该系统达到指数稳定的动态输出反馈控制器的设计方法。利用遗传算法获得了NCS的事件衰减率的局部极大值。通过仿真算例证明了该方法的有效性。     

Robust H∞ control for networked control systems

The robust H∞ control for networked control systems with both stochastic network-induced delay and data packet dropout is studied.When data are transmitted over network,the stochastic data packet dropout process can be described by a two-state Markov chain.The networked control systems with stochastic network-induced delay and data packet dropout are modeled as a discrete time Markov jump linear system with two operation modes.The sufficient condition of robust H∞ control for networked control systems stabilized by state feedback controller is presented in terms of linear matrix inequality.The state feedback controller can be constructed via the solution of a set of linear matrix inequalities.An example is given to verify the effectiveness of the method proposed.     

Robust H∞ control for networked control systems

The robust H∞ control for networked control systems with both stochastic network-induced delay and data packet dropout is studied. When data are transmitted over network, the stochastic data packet dropout process can be described by a two-state Markov chain. The networked control systems with stochastic network-induced delay and data packet dropout are modeled as a discrete time Markov jump linear system with two operation modes. The sufficient condition of robust H∞ control for networked control systems stabilized by state feedback controller is presented in terms of linear matrix inequality. The state feedback controller can be constructed via the solution of a set of linear matrix inequalities. An example is given to verify the effectiveness of the method proposed.     

Uniformed model of networked control systems with long time delay

Feedback control systems wherein the control loops are closed through a real-time network are called networked control systems （NCS）. The defining feature of an NCS is that information is exchanged using a network among control system components. Two new concepts including long time delay and short time delay are proposed. The sensor is almost always clock driven. The controller or the actuator is either clock driven or event driven. Four possible driving modes of networked control systems are presented. The open loop mathematic models of networked control systems with long time delay are developed when the system is driven by anyone of the four different modes. The uniformed modeling method of networked control systems with long time delay is proposed. The simulation results are given in the end.     

时延网络控制系统的区域极点配置设计

针对存在时变有界时延的网络控制系统,在一定假设条件下,基于分离原理讨论了状态观测器和状态反馈控制器的设计方法。状态观测器通过在开环预测和闭环预测间切换以补偿时延的影响,同时考虑时延的时变性以及回路中长时延的存在,闭环预测也是在多个模型间切换,从而将状态观测器建模成具有多个子系统的离散切换系统。在此基础上,利用预测状态作为控制器的输入,设计了具有圆盘区域极点约束的状态反馈控制器。最后以线性矩阵不等式可行解的方式分别给出了控制器和观测器的构造方法,仿真结果说明了所提出方法的有效性。     

有包丢失的动态输出反馈奇异网络化系统稳定性分析

基于正则、无脉冲的奇异被控对象,研究了同时具有时延和数据包丢失的动态输出反馈网络控制系统的建模和稳定性问题。 当时延不大于一个采样周期、数据包丢失率一定时,将动态输出反馈网络控制系统建模为数据包丢失率约束的异步动态切换系统,利用切换系统和线性矩阵不等式方法,推导出数据包丢失率约束的系统指数稳定的充分条件,并且给出了系统指数稳定的指数衰减率以及最大容许数据包丢失率。仿真实验说明分析方法和研究结果是有效可行的。     

网络化控制系统的故障诊断

网络化控制系统与传统结构的控制系统相比具有许多优点,但经网络传输的控制信号所带来的随机时延、丢包、异步等问题会影响闭环控制系统的性能,因此需要发展可在网络环境工作的系统的控制理论和技术。故障诊断与容错控制对于控制工程实践特别是对安全性有严格要求的控制系统是十分重要的。近年来,我们较为系统地开展了网络化控制系统故障诊断与容错控制的研究工作从而可对故障诊断的主要研究结果进行概述。     

Quantized dynamic output feedback control for networked control systems

The problem of the quantized dynamic output feedback controller design for networked control systems is mainly discussed. By using the quantized information of the system measurement output and the control input, a novel networked control system model is described. This model includes many networkinduced features, such as multi-rate sampled-data, quantized signal, time-varying delay and packet dropout. By constructing suitable Lyapunov-Krasovskii functional, a less conservative stabilization criterion is established in terms of linear matrix inequalities. The quantized control strategy involves the updating values of the quantizer parameters μi(i = 1, 2)(μi take on countable sets of values which dependent on the information of the system measurement outputs and the control inputs). Furthermore, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

Analysis and optimization of delays in networked control systems

1 .INTRODUCTIONFeedback control systems wherein the control loopsare closed through networks are called networkedcontrol systems ( NCSs) . (See Fig.1) . Differenttypes of network systems are promoted in terms ofvarious network architectures embedded in controlsystems . There are approxi mately two kinds of NC-Ss :specific NCSs and generalized NCSs . The formerare based on common bus technology (e .g. De-viceNet ,ControlNet and LonWorks[1]) and the laterare constructed through comm…