网络控制系统仿真平台的设计与实现

基于MATLAB、NS2、Visual C ,采用软件组件设计思想,设计并实现了网络控制系统实时仿真平台NCS-RS(NCS-RealTime Simulation).NCS-RS主要包括Simulink控制器/被控对象模块、MATLAB数据接口模块、Visual C 网络接口模块以及NS2网络仿真模块,既发挥了NS2的网络仿真优势,又利用了MATLAB强大的控制系统仿真功能,很好的实现了对网络控制系统的实时仿真.最后,在仿真平台上进行了倒立摆网络控制系统的仿真实验,并分析了时延对控制品质和稳定性的影响.     

基于输出反馈的网络控制系统随机通信逻辑设计

针对具有丢包的网络控制系统被控对象状态无法直接测量的情况,设计了状态观测器,给出了一种基于状态依赖泊松过程决定的随机通信逻辑,应用于一般结构的输出反馈网络控制系统中．提出了具有随机通信逻辑的网络控制系统的结构,建立了网络控制系统模型,利用随机点过程理论分析了系统的稳定性,进一步证明了系统的均方渐近稳定性．仿真算例表明加入通信逻辑后,在保证系统稳定的情况下,数据发送次数明显减少,有效地减轻了网络负担．     

一类离散时间非线性网络控制系统的跟踪性能分析

研究了一类非线性离散时间网络控制系统的跟踪性能分析问题,其中,非线性系统用离散Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型近似。考虑到网络传播的随机性,数据包丢失建模为Bernoulli分布的序列。因此,跟踪控制系统转化为带有随机参数的模型。基于平行分布补偿性(PDC)技术和随机稳定性理论,对跟踪性能分析提出新准则,且保证在修正意义下,非线性系统输出跟踪线性系统输出。     

具有延时和数据包丢失的网络控制系统的稳定性

该文研究了同时具有数据包丢失和网络诱导时延的网络控制系统的建模与稳定性。在数据包传输成功率一定的假设下，将网络控制系统建模为具有事件率约束的异步动态系统。利用异步动态系统的相关结论，给出网络控制系统指数稳定的充分条件。最后的仿真表明该方法是有效的。     

时延网络控制系统的稳定性分析

网络控制系统是一种新兴的通过网络传输数据的实时反馈控制系统.基于线性时不变控制对象,在仅存在不大于一个采样周期的时延影响的情况下,建立了该网络控制系统的离散模型,并基于此模型进行稳定性分析,并得出了判断系统达到渐进稳定的方法,最后进行了仿真验证,仿真结果表明该方法正确有效.     

网络控制系统反馈和前向通道的随机时延补偿

针对网络化控制系统的网络诱导时延,提出了一种改进的补偿时延的预测控制方法。对于反馈通道,根据测量的反馈时延设置预测步长,采用柔性控制增量算法设计预测控制器对时延进行补偿。对于前向通道,前向时延相对控制器来说是未知的,为此在系统输出端和前向通道间添加一个反馈补偿环节,设计一个控制补偿器估算出历史时刻实际作用于被控对象的控制量与控制器在此时刻输出的控制量之间的误差,用该误差来补偿前向时延的影响。当被控对象参数缓慢变化或未知时,给出了渐消记忆递推最小二乘辨识算法的网络化反馈修正算法。最后对闭环系统的稳定性做了分析并通过仿真验证了该策略的有效性,保证了网络化控制系统的良好性能。     

控制系统中的网络传输延迟预估控制

为了解决网络化控制系统中传输迟延对系统性能的影响问题,在分析控制系统网络传输迟延与系统各环节动作时序的基础上,针对网络传输迟延小于一个采样周期的情况设计了预估器,并设计构建了基于代理的网络化控制仿真系统。控制代理根据数据包中数据的传输次序与时间戳得到网络传输迟延的大小,通过预估计算得到存在传输迟延条件下相应的状态与控制量,使系统能有效克服网络传输迟延的影响。仿真结果表明数据信号通过网络加校正时的输出与参考输出基本相似。     

时延网络控制系统调度与稳定性

针对共享网络资源的多个网络控制系统的调度与稳定性问题,考虑网络诱导时延对系统的影响,给出网络控制系统的模型描述;基于静态非抢占RM(Rate Monotonic)调度算法,给出网络可调度与闭环系统稳定的充分条件。仿真结果表明该文的方法比已有的方法具有更小的保守性。     

Intelligent Scheduling Controller Design for Networked Control Systems Based on Estimation of Distribution Algorithm

The use of communication networks in control loops has gained increasing attention in recent years due to its advantages and flexible applications. The network quality-of-service （QoS） in those socalled networked control systems always fluctuates due to changes of the traffic load and available network resources, This paper presents an intelligent scheduling controller design approach for a class of NCSs to handle network QoS variations, The sampling period and control parameters in the controller are simultaneously scheduled to compensate for the network QoS variations. The estimation of distribution algorithm is used to optimize the sampling period and control parameters for better performance. Compared with existing networked control methods, the controller has better ability to compensate for the network QoS variations and to balance network loads. Simulation results show that the plant setting time with the intelligent scheduling controller is reduced by about 64.0% for the medium network load and 49.1% for high network load and demonstrate the effectiveness of the proposed approaches.     

一个覆盖网络的并行仿真方法

已有的网络仿真器在对覆盖网络仿真时会随着网络的扩展和节点的动态加入而引发高昂的仿真代价,因此提出了一个用于覆盖网络仿真的基于DEVS的分布式并行仿真算法,并用于评价分层覆盖多组播网络(LOMN)的性能.该算法根据用户定义的覆盖网络协议和用户应用需求描述,生成离散事件负载,分发到位于不同主机的仿真器上,进行并行仿真处理.与数据包级的仿真模型相比,这种算法降低了仿真开销,对大规模、动态覆盖网络的仿真具有一定的优势,能够较好地解决覆盖网络仿真所面临的可扩展性和网络动态变化的问题.     

大规模并行分布式P2P算法模拟器设计与实现

为精确地分析和评估对等（P2P）算法的性能,在并行分布式网络模拟器的基础上,设计并实现数据包级的通用可扩展P2P算法模拟器．该模拟器可实现达万级节点的大规模P2P算法仿真．模拟器采用分层框架结构,包括P2P用户模拟层、P2P算法模拟层、P2P传输模拟层和并行分布式连接层,并完成对传输层UDP和TCP套接字扩展、改进,将P2P应用层算法控制消息解析与网络层数据分片传输相结合,支持大规模P2P实时和非实时算法．结合BitTorrent阐明本模拟器的设计与实现,达到万级节点的模拟实验结果验证本模拟器的正确性和有效性．     

时变时延网络化控制系统的鲁棒稳定性

针对一类存在噪声干扰的时变时延网络化控制系统,基于信息调度与控制协同设计的思想,建立了具有信息调度和噪声干扰的时变时延网络化控制系统模型．引入增广状态矩阵分析方法,研究了存在时变时延和噪声干扰情形下闭环网络化控制系统的鲁棒稳定性问题．给出了使闭环系统渐近稳定的控制器参数化表达式．仿真分析表明该策略在满足闭环系统稳定性的同时,降低了系统信道的数据信息流量,充分地利用了网络带宽资源。     

广义预测算法在网络控制系统中的应用

在网络控制系统中,由于网络的引入不可避免的导致信息的延时.从而使得控制系统的性能下降甚至导致系统不稳.本文在分析网络时延特性的基础上,采用广义预测控制策略对进行时延补偿,并利用Matlab对被控对象进行了仿真实验研究.仿真结果表明该控制策略能使得网络控制系统具有良好性能.     

网络控制系统的发展与面临的挑战

网络控制系统将日趋成熟的网络系统向控制领域方面延伸与扩展。集散式控制系统具有自主性、协调性、在线性、可靠性、风险分散等优势;现场总线控制系统是一种开放的分布式控制系统,是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络;开放嵌入式控制网络系统具有技术支持广泛、通信速率高的特点,可以实现网络的无缝连接,但也存在网络诱导时延、数据包丢失、多包传输等方面的问题。     

基于异步动态系统的网络控制系统建模

研究了同时存在数据传输延时与数据包丢失的网络控制系统的建模问题．系统中传感器采用时间驱动，执行器与控制器采用事件驱动，传感器的数据采用单包传输．假设传输延时小于采样周期，且数据包传输的成功率一定，则整个网络控制系统可以描述为一个具有2个事件的异步动态系统．针对对象状态均可测，控制律采用状态反馈的情况，利用双线性矩阵不等式方法，讨论了网络控制系统指数稳定的问题，给出了稳定性的充分条件．     

基于一种改进自适应模糊神经技术的PEMFC系统建模和控制

从质子交换膜燃料电池(PEMFC)实际应用的角度出发，应用自适应模糊神经网络技术对PEMFC系统进行建模与控制．在建模过程中，同时应用实验数据和专家经验对模型进行辨识，使模糊节点具有明确的物理意义和初始参数的选择更加容易．在控制过程中，将训练好的网络模型作为PEMFC控制系统的参考模型，采用自适应神经网络学习算法(ANA)在线对控制器参数进行自适应调整，采用最近邻聚类算法(NCA)对控制器的模糊规则库进行更新．在仿真实验中，将自适应模糊控制算法与PID和传统模糊算法进行比较，结果表明本算法控制性能优良．     

一类连续时间网络控制系统分析及控制器设计

针对网络控制系统中存在数据传输时延和数据包丢失,以及由被控对象和控制器之间的不同步给系统所带来的稳定性问题,提出了一种状态反馈控制器设计方法。采用带有延时的被控对象模型和Lyapunov泛函,得到了时滞相关稳定性的充分条件,并以线性矩阵不等式（LMI）的形式表示出来,最后仿真实例验证了所得控制器设计方法的有效性和可行性...     

地下矿可视化生产管控系统参数化数据模型

在融合面向实体的数据模型和网络数据模型的基础上,引入参数对象,设计一种网络化、层次化、参数化的实体与网络复合模型(PENDM),解决该系统中RPS的空间数据建模问题,形成以井巷为空间参照的井巷与生产系统整体模型.运用面向对象的思想建立PENDM的主要数据结构.PENDM采用面向实体的元素描述井巷工程和生产系统的实体特征,采用网络元素描述系统内部网络的空间拓扑结构,采用参数描述实体轮廓、定位信息、设备信息和其他附属信息.结合具体应用分析PENDM在地下矿山生产管控系统中的作用.研究结果表明:该模型能够实现复杂生产系统信息管理、空间分析和三维体模型的自动建立,解决了矿山井巷工程与生产系统的表达、自动建模与快速更新以及漫游路径和救避灾路线的求解问题,对于其他(如通风量计算)的需要网络的专业分析同样有效.     

基于安全传输策略的网络化预测控制系统设计

为确保网络控制系统中传输数据的完整性、实时性、机密性和可用性,提高系统对抗数据攻击的能力,提出了一种基于MD5散列码、时间戳和AES加密算法的数据安全传输策略,该策略兼顾了系统中控制器端和被控对象端数据传输的安全性和实时性.并从控制策略的角度出发,考虑在系统遭受到数据攻击后,采用基于网络回路时延的网络预测控制方法对数据攻击进行补偿,使系统在受到一定强度的数据攻击后仍然能够进行稳定的控制,从而提高网络控制系统应对攻击的能力.采用S100-1实训平台管道压力控制系统验证了基于安全传输策略的网络化预测控制系统有较好的安全性和抗数据攻击能力.     

基于TrueTime的非线性网络控制系统

针对非线性系统往往具有不确定性、结构复杂、建模困难、难于在网络条件下进行仿真研究的问题,建立了一个基于TrueTime的非线性网络控制系统.在对弹簧连接的双倒立摆耦合非线性系统模型进行Matlab/Simulink模块化建模的基础上,结合TrueTime的网络通信模块,利用设计的鲁棒控制器将对象模型的不确定性和网络时延的不确定性进行了综合处理.仿真结果表明,该系统不仅降低了非线性系统建模的复杂性,而且为研究网络控制系统结构下非线性系统的动态特性提供了条件.