具有Markov延迟的网络化控制系统控制与通信协同设计

由于网络化控制系统分析与设计的复杂性,其控制与通信协同设计问题一直没有得到解决。该文讨论了一类离散线性时不变网络化控制系统在服从介质访问约束和传感器一控制器端存在Markov随机延迟的情况下控制与通信协同设计问题,提出了系统均方稳定的条件。采用静态通信序列,使通信序列和控制器可以分别设计,应用V-K迭代算法设计最优周期控制增益。仿真算例验证了系统在所设计的最优控制器下达到均方稳定。     

基于离散隐马尔可夫模型的网络化控制系统最优控制器设计(英文)

设计了一种最优控制器来补偿网络化控制系统中控制器到执行器之间的随机时延对系统的影响.引入了离散隐马尔可夫模型来预测当前采样周期内控制器到执行器之间的时延,并将这一预测值考虑到最优控制器的设计中以保证系统的均方稳定.仿真实验验证了最优控制器的有效性及其相对于状态反馈控制器的优越性.     

基于α-置信度网络化控制系统的转换控制

以多步延迟网络化控制系统的控制器设计为基础,提出了一种基于α-置信度的转换控制法.针对时延的两种不同情况定义了平凡和非平凡两种状态:系统所处状态为平凡状态的概率为1-α,该状态下采用使系统均方指数稳定的LQG最优控制器;系统所处状态为非平凡状态的概率为α,该状态下采用使系统随机渐近稳定的时滞补偿控制器.简化了较大延迟情况下LQG最优控制器的求取, 工程上易于实现,提高了系统的性能.考虑到两种控制器的综合作用,建立了基于α-置信度的系统转换控制模型,仿真结果证明了转换控制法比单一控制法具有更好的控制效果.     

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。     

基于最优算法的网络控制系统性能研究

针对时隙ALOHA随机调度下的离散网络控制系统,提出一种闭环系统特征矩阵谱条件数与极点配置相结合的控制器设计方法.为了同时考虑控制系统与通信系统性能,将闭环系统特征矩阵谱条件数的最小值问题转化为无约束最优化问题,进而实现控制器设计的优化,降低控制系统对信道吞吐率的要求,使得控制系统与较低吞吐率的通信系统同时稳定,从而实现网络控制系统的稳定.仿真结果表明,该方法设计的控制器具有良好的控制性能,能够在较低吞吐率的信道中稳定运行.     

一类随机时延网络控制系统的随机容错设计

针对网络化控制系统的传感器失效及执行器失效和网络时延均具有随机性这一现象,将传感器和执行器的故障建模为相互独立的Bernoulli随机序列,时延建模为Markovian,建立了具有Markovian跳变随机时延的网络化控制系统,并研究了该系统存在传感器失效、执行器失效以及二者同时失效的随机容错控制问题。通过构造增广的状态向量,以LMIs的方式给出了系统随机稳定容错控制器的设计方法。     

多采样率网络化系统的最优保性能控制

针对一种输入多采样率网络化控制系统,在同时考虑网络诱导时延和被控对象的预测输出的条件下设计了动态输出回馈控制器,以得到系统的最优保性能控制,并利用线性矩阵不等式证明了控制系统的稳定性,数值模拟验证了其有效性.结果表明,所设计的控制器能够保证控制系统稳定性并满足性能控制的要求.     

网络化控制系统的随机最优控制

对于网络诱发延迟大于一个采样周期的网络化控制系统,该文研究了该系统的线性二次Gauss(LQG)随机最优控制问题,提出了一种新的分时控制模式.这种控制模式充分利用了系统信息并能改善系统的性能.在该控制模式下建立了网络化控制系统的随机数学模型.该文还讨论了网络化控制系统中传输延迟的Markov特性,基于这种Markov链理论,设计了具有完全状态信息的系统线性二次Gauss随机最优控制器.仿真结果验证了该分时控制模式比没考虑延迟的优化控制和没充分利用控制量的控制模式有更好的控制效果.     

主动变采样周期方法在网络化控制系统中的应用

针对基于Internet的网络控制系统中由于控制器位置变化可能导致控制性能下降甚至不稳定的问题,提出了主动变采样周期的网络化控制器设计方法. 为变采样周期的网络化控制系统建立了离散数学模型,采用Lyapunov方法给出了短延时情况下主动变采样周期网络控制系统闭环稳定的充分条件,并在倒立摆网络化控制系统中进行了实验验证. 实验结果证明了采用固定采样周期的控制器在网络位置变化后可能使系统不稳定,采用主动变采样周期的状态反馈控制方法设计的控制器在网络位置变化后仍然可以使系统稳定.      

基于事件触发的线性网络化控制系统主-被动混合容错控制设计

针对一类具有时变时延的线性网络化控制系统(NCS),在离散事件触发通信机制下,研究了执行器任意失效故障的主-被动混合容错控制问题.建立了基于事件触发机制的闭环故障系统模型,设计了能使系统在发生故障集以内的故障时稳定的被动容错控制器.同时,设计故障诊断观测器估计任意执行器失效故障的大小,一旦获得准确的故障信息,立即重构控制器以补偿故障的影响.所设计的主-被动混合容错控制器在执行器任意失效故障下,不但能使系统稳定而且具有良好的控制性能.仿真算例验证了本文方法可在确保故障系统稳定的前提下能有效地节约网络通信资源.