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。     

多变量网络控制系统建模与稳定性分析

研究了一类多变量网络控制系统的建模和稳定性问题,基于线性时不变对象,推导了该类网络控制系统的时滞连续时间数学模型,并利用李雅普诺夫第二法,分析了系统的渐近稳定性,得到了系统稳定运行的最大允许时延和全时滞稳定的条件。最后,通过实例仿真分析证实了本文所提理论的有效性,以及稳定判据的可行性。     

网络控制中基于LMI的次优化允许等价时滞界研究

针对网络控制问题，建立包含变网络时建及网络传输丢包等非理想网络状况的系统统一模型．提出将非理想网络状况转化为次优化允许等价时滞界的方法。通过引入自由矩阵及次优化允许等价时滞界方法，将求取最大允许时延问题转化为基于LMI的次优化允许等价时滞界求解问题并提出相应求解算法。仿真结果说明该方法具有较小的保守性。     

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.     

基于无线传输的非线性网络控制系统的模糊控制

考虑控制器与被控对象之间采用无线传输,且被控对象为非线性模型的一类网络控制系统,对其设计了稳定的模糊控制器。首先基于T-S模糊模型将对象线性化,并利用模糊主导子系统和主导控制规则,简化了模糊控制器的设计。其次,将闭环控制系统方程等效为与无线传输跳数相关的离散切换系统,并证明了闭环系统的稳定性。最后,通过一个仿真例子验证了文中方法的有效性。

Abstract：

Considering a class of networked control systems using wireless transmission between the controller and the controlled object,and with nonlinear controlled object,the stable fuzzy controller was designed.Firstly,based on T-S fuzzy model,the object was linearized.And the design of the fuzzy controller was simplified by using the fuzzy dominant subsystem and the dominant control rule.Secondly,the equation of the closed-loop control system was equal to the discrete switched system related to the hop count of the wireless transmission.Finally,a simulation example was given to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

网络控制系统的主动变采样控制器设计

利用主动变采样周期方法,研究了具有网络诱导时滞和数据包丢失的网络控制系统的H∞控制器设计问题,其采样周期在一个有限集内切换.新提出的主动变采样周期方法能够保证网络带宽的充分利用.在为具有主动变采样周期的网络控制系统设计H∞控制器时,使用了基于线性矩阵不等式的多目标优化方法和基于参数不确定性的方法.仿真结果说明了所提出的H∞控制器设计的有效性.     

网络控制系统中的时延分析

在控制网络中使用数据网络已经引起了广泛关注。如何处理网络诱导时延对网络控制系统的影响已经成为了网络控制系统的主要挑战。介绍了网络控制系统的概念,分析了网络控制系统的优缺点,探讨了网络诱导时延的组成、特点以及对网络控制系统的影响并给出了仿真结果,最后提出了未来可能的研究方向。     

网络控制系统中自适应DMC算法的仿真研究

针对网络控制系统(NCS)提出了自适应动态矩阵控制(DMC)算法。其基本思想是使用一个离散的延迟模型来预测对象的未来输出。给出了算法的推导过程和估计网络引入延迟的方法,基于TrueTime工具箱对比了不同网络条件下自适应DMC算法和传统DMC算法的性能。仿真结果表明自适应DMC算法能够适应网络条件的变化,为NCS提供更好的控制品质。     

不确定网络化控制系统的保性能鲁棒容错控制

研究了一类含有不确定性的网络化控制系统的完整性和保性能容错控制问题.基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用状态反馈控制策略,针对含有不确定性的网络化控制系统当执行器发生失效故障时分别推证出了系统仍渐近稳定和能够满足一定控制指标的充分条件,进而通过将矩阵不等式转化为线性矩阵不等式得到了求取两种容错控制器的方法.最后用仿真算例验证了该方法的有效性和可行性.     

具有异步时延的网络化控制系统故障检测

针对具有异步信号时延的离散系统，研究了在异步时延下基于观测器的故障检测及其设计问题。首先提出了一个存在异步时延下系统的故障检测模型，该模型保持了系统的定常性和时不主特性。同时在此模型上构造了异步时延系统的状态观测器，并依据系统观测误差通过合理地选择湮灭加权矩阵的方法构建了频域内的故障检测残差发生器。最后通过一个摆式列车试验模型的仿真检验了设计方法的有效性。     

网络控制系统结构下的非线性系统建模与仿真

针对非线性系统往往具有不确定性,结构复杂、建模困难和不适于网络条件下仿真研究的问题,提出了一种网络控制系统结构下非线性系统建模与仿真的方法.在对弹簧连接的双倒立摆耦合非线性系统模型及其通信网络进行Matlab/Simulink模块化建模的基础上,利用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,该方法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.     

一类MIMO网络控制系统的时滞相关鲁棒控制器设计

针对一类多输入多输出(MIMO)网络控制系统,提出一种时滞相关鲁棒控制器的设计方法.首先经过等价推导,将系统转化成具有多输入时滞的连续系统,利用李雅普诺夫函数,通过求解若干线性矩阵不等式,获得系统时滞相关鲁棒控制器.算法递推简单,避免了进行系统变换和处理交叉项,减少了计算负荷.仿真结果表明:在网络具有一定传输时延的情况下,该方法可以获得满足系统稳定性的控制器.     

网络控制系统实时仿真平台的设计与开发

网络控制系统(NCSs)是通过通信网络实现控制系统单元信息交换的分布式控制系统.由于通信网络的引入,有可能使控制系统的性能降低甚至导致系统不稳定,这些不利因素使得对网络控制系统的分析研究变得更为复杂.利用混合编程技术并搭建基于实时通信网络的仿真平台,可为网络控制系统提供有利的分析工具.最后以状态反馈控制器为仿真实例,证明该研究平台的优势及有效性.     

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。     

经动态输出反馈的随机时滞线性网络系统的镇定与仿真

研究了带有随机时滞的有线线性网络系统的镇定和仿真问题.基于Lyapunov-Razumikhin方法设计了动态输出反馈控制器使得这一类系统稳定.以矩阵不等式的形式给出了控制器存在的充分条件.并采用了一个算法得到了控制器增益的局部最优解.最后通过数值仿真验证了所提方法的有效性.     

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.     

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.     

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。     

实时工业以太网EPA网络控制系统平台研究

研究开发了NCS-EPA网络控制系统平台.研究NCS-EPA组态开发系统、网络仿真系统的基础上,设计了网络控制软件仿真平台设计中的仿真网络接口与NS2的衔接技术.实现的网络控制仿真框架中NS2网络模块封装了EPA控制网络协议栈与功能块算法模块,解决了EPA控制系统网络性能的模拟.NCS-EPA结合离线组态的网络模拟仿真和在线设备组态监控配置控制策略模块、功能块I/O信息与物理I/O映射信息,实现控制策略的虚拟对象与物理系统的映射.NCS-EPA网络控制系统的开发表明,基于EPA的分布式网络控制的组态与仿真能够满足控制系统性能设计要求与工业自动化的测试需求.