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。     

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。     

网络控制系统时延的预测控制补偿方法

针对网络控制系统的时延问题,提出一种补偿方法。对于反馈通道,时延是已存在的,可以进行测量,这部分时延通过预测控制算法进行补偿。前向通道的时延对于控制器是未发生的,是不可知的,为此在系统输出端和前向通道间附加一个控制补偿环节以减小前向通道时延的影响。该方法简单可行,实时性强,便于工程应用。最后分析了系统的稳定性并通过仿真实验表明该策略的有效性,保证了网络控制系统的良好性能。     

基于扩张状态观测器的导弹纵向控制系统设计

基于扩张状态观测器设计了导弹纵向通道控制系统。首先将弹体弹性、模型参数的不确定性和测量元件的动态特性视为复合干扰,并将其作为系统的一个扩张状态|然后利用扩张状态观测器对扩维后的系统状态进行估计,将估计值用于状态反馈和设计控制补偿项|最后给出了控制算法的稳定性证明。仿真结果表明,所设计的控制算法具有较好的指令跟踪性能和强鲁棒性。     

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。     

一类不确定时延网络控制系统的故障诊断

研究了具有不确定时延的网络控制系统的故障诊断问题。通过建模将一类具有不确定时延的网络控制系统等效为具有不确定性的离散线性系统,并构建了故障观测器对系统进行故障检测。基于线性矩阵不等式(LMI)的方法,将故障诊断问题转化为系统鲁棒性的设计问题,给出并证明了解存在的条件以及观测器增益矩阵的求解方法。最后通过仿真验证了该算法的有效性。     

基于观测器的飞机除冰液温度鲁棒控制方法研究

对飞机除冰液温升模型的时变和延时特性进行了分析研究.采用Pade逼近对飞机除冰液加热系统的纯时延特性进行近似,将系统的时延问题转化为非时延问题进行处理.为克服由于飞机除冰作业过程中流量变化所造成的系统模型参数变化,采用基于滑模变结构的鲁棒控制方法对系统模型参数摄动进行补偿.为解决系统状态不可测问题,消除Pade逼近误差对出口温度的影响,采用状态观测器对系统的状态进行估计,并对Pade逼近模型输出误差进行补偿.利用系统不同流量下的试验温升曲线模型对设计的控制策略进行了仿真研究,仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

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。     

一类介质访问约束下的网络控制系统设计

针对多输入多输出的网络控制系统,传感器和执行器为时间驱动,由于网络资源的有限性,在每个传输周期内,系统往往只有部分传感器和执行器得到网络介质访问权,与远程控制器进行数据传输,这称为网络控制系统的介质访问约束性,它极大地影响到系统的稳定性和控制性能,成为网络控制中亟待解决的问题。针对这一问题将网络控制系统建模为输出矩阵和输入矩阵随介质约束改变的切换系统,并利用切换系统分析方法和稳定性理论,设计了切换观测器和基于观测器的状态反馈控制器,分析了周期调度下该网络控制闭环系统的稳定性,最后通过仿真验证了这种方法的有效性。     

随机时延网络控制系统的鲁棒H∞状态反馈控制

研究了含有双随机时延的不确定网络控制系统的鲁棒H_∞状态反馈控制问题。将传感器到控制器和控制器到执行器的网络时延建模为相互独立的连续时间离散状态的马尔可夫随机过程。基于此网络环境,构造时延依赖的控制器,将不确定网络控制系统转化为马尔可夫跳变系统。通过Lyapunov Krasovskii泛函方法和新的矩阵不等式技术,给出了系统随机稳定且满足H_∞性能的充分条件,并以矩阵不等式形式给出了相应的控制器设计方法。最后,给出了仿真算例,验证了该方法的有效性。     

Stochastic stabilization analysis of networked control systems

Considering the stochastic delay problems existing in networked control systems, a new control mode is proposed for networked control systems whose delay is longer than a sampling period. Under the control mode, the mathematical model of such a system is established. A stochastic stabilization condition for the system is given. The maximum delay can be derived from the stabilization condition.     

基于KPCA与LSSVM的网络控制系统时延预测方法

针对网络控制系统中随机时延很难精确预测的问题,首次将核主成分分析（kernel principal component analysis, KPCA）与最小二乘支持向量机（least squares support vector machine, LSSVM）结合对随机时延进行预测,KPCA对输入随机时延序列降维,消除重复性与噪声,减少LSSVM的运算量,降维后的时延序列通过LSSVM算法预测时延值。仿真结果表明,基于KPCA与LSSVM的时延预测方法的预测精度高于其他的预测方法。     

Guaranteed cost control for discrete-time networked control systems with random Markov delays

The guaranteed cost control for a class of uncertain discrete-time networked control systems with random delays is addressed.The sensor-to-controller (S-C) and contraller-to-actuator (C-A) random network-induced delays are modeled as two Markov chains.The focus is on the design of a two-mode-dependent guaranteed cost controller,which depends on both the current S-C delay and the most recently available C-A delay.The resulting closed-loop systems are special jump linear systems.Sufficient conditions for existence of guaranteed cost controller and an upper bound of cost function are established based on stochastic Lyapunov-Krasovakii functions and linear matrix inequality (LMI) approach.A simulation example illustrates the effectiveness of the proposed method.     

A Novel Networked Predictive Control Method for Systems with Random Communication Constraints

This paper presents a novel observer-based predictive control method for networked systems where random network-induced delays, packet disorders and packet dropouts in both feedback and forward channels are considered. The proposed method has three significant features: i) A concept of destination-based lumped(DBL) delay is introduced to represent the combined effects of random communication constraints in each channel; ii) in view of different natures of the random DBL delays in the feedback and forward channels, different compensation schemes are designed; and iii) it is actual control inputs rather than predicted ones that are employed to generate future control signals based on the latest system state estimate available in the controller. For the resulting closed-loop system, a necessary and sufficient stability condition is derived, which is less conservative and also independent of random communication constraints in both channels. Simulation results are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

不确定滞后系统的灰色预测神经元控制

针对不确定滞后系统建模和控制方面的困难,提出了利用神经网络对不确定滞后系统的滞后时间进行辨识,并在此基础上采用变步长灰色预测方法对不确定滞后系统的行为进行预测,同时结合单神经元控制器克服辨识误差、预测误差、系统干扰等不确定因素带来的影响,从而提高系统的自适应性。仿真结果表明,控制系统运行平稳,受不确定因素的影响较小,说明这种方法对于不确定的时变滞后系统具有良好的控制效果。     

Stabilization of Continuous-Time Systems Against Stochastic Network Uncertainties: Fundamental Variance Bounds

This paper studies the stabilizability and stabilization of continuous-time systems in the presence of stochastic multiplicative uncertainties. The authors consider multi-input, multi-output(MIMO) linear time-invariant systems subject to multiple static, structured stochastic uncertainties,and seek to derive fundamental conditions to ensure that a system can be stabilized under a mean-square criterion. In the stochastic control framework, this problem can be considered as one of optimal control under state-or input-dependent random noises, while in the networked control setting, a problem of networked feedback stabilization over lossy communication channels. The authors adopt a mean-square small gain analysis approach, and obtain necessary and sufficient conditions for a system to be meansquare stabilizable via output feedback. For single-input, single-output(SISO) systems, the condition provides an analytical bound, demonstrating explicitly how plant unstable poles, nonminimum phase zeros, and time delay may impose a limit on the uncertainty variance required for mean-square stabilization. For MIMO minimum phase systems with possible delays, the condition amounts to solving a generalized eigenvalue problem, readily solvable using linear matrix inequality optimization techniques.     

具有变时滞的线性系统的时滞相关稳定性

具有时滞的控制系统是工程实践中经常遇到的一类重要的非线性控制系统。根据微分方程理论和矩阵指数特性，提出了具有不确定性的时滞控制系统与时滞相关和与时滞无关稳定的充分性判据，并给出系统衰减速率的估计方法。该方法仅需假定时滞有界，因而其结论适用于变时滞的系统。同时还给出了应用实例，并与相关成果进行了比较，计算结果表明了该方法的有效性。     

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.     

变采样周期网络控制系统的非脆弱保性能控制

研究了一类具有随机时延和控制器增益扰动的非线性网络控制系统的非脆弱保性能控制问题。基于变采样周期的方法,将网络控制系统建模为非线性Markov跳变系统。利用Lyapunov稳定性理论,给出了保证整个闭环系统均方随机渐近稳定的充分条件。通过线性矩阵不等式的方法,设计了一种非脆弱状态反馈控制器,在该控制器的作用下,闭环系统的能量函数值不超过一个规定的上界。仿真算例说明了所提方法的有效性。