预测函数控制在网络控制系统的应用

传感器、控制器与执行器的数据经网络进行传输与交换的闭环控制系统称为网络控制系统.由于网络的引入,网络带宽的限制使得控制系统中不可避免的引入了一些新问题.目前网络控制系统的分析与设计已成为控制界研究的新热点.本文根据网络控制系统特点,提出了存在随机时延的网络控制系统的预测函数控制策略,通过此策略设计控制器从而解决了网络控制系统的时延补偿问题.通过仿真实验证明,本文所提出的控制策略对于随机时延的网络控制系统具有很好的补偿效果.     

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.     

增量型广义预测算法在电厂协调控制系统中的应用

大型火力发电厂的协调控制系统是非线性、时变、大迟延,强耦合的多变量控制系统。常规的控制策略已经不能满足电网对单元机组协调控制系统的设计要求。本文将增量型广义预测算法应用于协调控制系统锅炉主调节器中,实现对大迟延对象控制器参数的在线、实时自调整。实验结果表明,这种增量型广义预测算法具有良好的控制品质,是一种可行的控制方案,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

广义预测控制在液位控制系统中的应用研究

研究广义预测自校正控制算法在液位控制系统中的设计方案，建立被控对象CARIMA模型，讨论算法优化性能指标中的参数选择．针对基本的最小二乘法产生的对象模型参数估计不准的问题，在参数的递推估计、参数估计的收敛速度、参数估计的在线检验以及对象输入输出数据的处理4个方面给出相应的改进方法．实验结果表明，所采用的设计方法合理可行，具有一定的实用价值．     

网络控制系统的容错技术综述

本文主要研究网络控制系统中网络诱导时延、数据包的时序错乱以及数据包丢失等的解决方法.通过采用时延以及丢包补偿、预测控制算法等,使得系统具有较好的容错性能.     

时延广义网络控制系统的建模与分析

对广义网络控制系统进行建模与分析,针对传感器、控制器、执行器的驱动方式,以及系统是否存在脉冲分别建立数学模型.在建模的基础上,对一类具有短时延、传感器采用时钟驱动、控制器和执行器采用事件驱动的广义网络控制系统的因果性、能控性及能观性进行分析,给出了其具有因果性、能控、能观的充要条件.     

预测函数控制在确定性网络控制系统中的应用

针对网络控制系统具有不确定时滞的特性,通过在节点中设置缓冲区的方法将随机时滞转化为确定性时滞,从而将网络控制系统从随机系统转化为确定性时滞系统;针对这类时滞系统利用预测函数控制算法设计了控制器,以实现基于模型匹配和多步预测的思想来改善控制性能。通过仿真和基于DCS的模拟系统实验,结果均表明了该方法的正确性和有效性。     

不确定时延广义网络控制系统的保性能控制

研究了正则且无脉冲的广义网络控制系统的保性能控制问题.针对传感器是时钟驱动,控制器和执行器是事件驱动,且网络的不确定时延小于一个采样周期的广义网络控制系统,利用李亚普诺夫理论和线性矩阵不等式,推导出系统状态反馈保性能控制律存在的充分条件,并给出了设计方法.最后通过数值仿真,给出了含有不确定性时延的广义网络控制系统的状态反馈保性能控制律,说明了该方法的有效性.     

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.     

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。     

网络控制系统的控制方法研究

分析了网络控制系统中几类时延的特点及其对控制系统的影响,并对近年所提出的处理周期性和随机时变时延的各种控制方法进行了较为全面的综述与评价,比较了各种方法的优缺点．最后指出了今后可能的发展方向．     

网络控制系统中状态观测器的设计方法

阐述了当前网络控制系统的类型与结构，在此基础上，论述了网络控制系统在单个数据包传输且随机时间延迟小于一个采样周期的情况下，全维状态观测器的设计方法，并提出了一种基于状态观测器的动态补偿方法．最后给出了不同随机时间延迟范围下的系统仿真，证实了这种补偿方法的有效性。     

基于事件驱动的无线网络控制系统的建模与控制

针对同时具有网络诱导时延与丢包的无线网络控制系统,研究了系统的建模与控制问题。考虑到系统随机时延可能大于一个采样周期且伴有连续丢包情况,结合基于事件驱动控制的思想建立了新的数学模型,并进一步给出了无线网络控制系统指数稳定的充分条件。最后用仿真实验验证了该方法的有效性。     

一类时滞多变量连续系统的广义预测控制

针对多变量连续时间广义预测控制提出了一种新的时滞解决方案及其参数递推计算方法(MDCGPC).在多变量子子模型的基础上采用时滞预测机制,通过参数恒等式变换,将时滞补偿环节引入到预测输出中,通过求解二次性能指标获得控制律的显式解.避免了模型时滞近似方法带来的误差和非最小相位特性,可以处理各路时滞不相同的情况,通过对参考轨迹的调节,可以具有一定的解耦能力.同时参数的递推计算方法简化了多项式数学运算的难度,减小了计算负荷和复杂性.仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

非线性网络控制系统的稳定性分析

针对传感器为时钟驱动、执行器、控制器均为事件驱动的一类非线性网络控制系统(net-worked control systems,NCS),通过在信息接收端设置一定长度的缓存,可以将时变的网络诱导时延转化为固定时延,并且将此类NCS建模为一类具有输入输出时延的非线性时延系统.基于建立的模型,利用Lyapunov定理和Razumikhin定理给出了系统渐近稳定的充分条件,同时给出使系统保持渐近稳定的最大允许网络诱导时延.最后通过算例验证了时延小于最大允许网络时延时,NCS是稳定的.     

基于灰色控制的网络控制系统丢包补偿

本文论述了网络控制系统的产生、特点、复杂性和发展优势，分析总结了在网络控制系统数据包丢失方面的主要研究成果和进展．根据灰色模型的预测性，提出了基于灰色控制理论对网络控制系统数据传输中包丢失补偿策略，并应用此补偿策略对网络控制倒立摆系统进行了仿真实验研究，仿真结果显示丢包补偿后的系统输出几乎与未丢包时一致，从而证实了所提研究策略的正确性与有效性．     

变时滞网络控制系统的时滞独立稳定性研究

本文对网络控制系统中一类特殊的变时滞系统的稳定性进行详细的研究与分析;推导出当时滞系统相应的无时滞系统具有实值对称Jacobian矩阵时,时滞系统渐近稳定当且仅当其相应的无时滞系统渐近稳定;最后,通过应用举例和实验仿真验证了关于网络控制系统时滞独立稳定性分析的正确性。     

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.     

基于以太网的网络控制系统在线时延估计研究

为了解决基于以太网的网络控制系统中数据传输时延给控制品质带来不良影响的问题,从融合控制技术与网络通信技术的角度出发,提出了一种新的控制方案,即运用在线时延估计方法来估计出网络控制回路中的时延特性．在此基础上,结合以太网优先级技术,采用LQG控制算法对网络控制系统进行最优控制设计,并通过实验仿真结果证明了上述方案的有效性．