工业以太网络控制系统的建模及其控制器设计

为了解决多种现场总线难以集成的难题,提出基于工业以太网的网络控制系统.研究同时具有网络诱导时延和数据包丢失的工业以太网络控制系统的建模问题.假设数据包丢失率一定,网络延时不大于一个采样周期,将工业以太网络控制系统建模为具有事件率约束的异步动态系统.针对对象状态不完全可测情况,研究采用动态输出作为反馈的网络控制系统指数稳定问题,给出确保系统稳定的动态输出反馈控制器的设计方法,并通过仿真算例证明该方法的有效性.     

基于输出反馈的网络系统控制器的设计

对网络控制系统进行分析,在考虑网络诱导时延和数据包丢失的基础上,基于一定的数据包丢失率和不大于一个采样周期的时延建立数学模型,研究了动态输出反馈网络控制系统指数稳定性和控制器设计问题,将系统建模为结构事件率约束的异步动态系统.利用线性矩阵不等式方法推导出网络接通率约束的系统指数稳定的充要条件,给出了确保系统稳定的控制器设计方法,仿真实例说明研究结果是有效可行的.     

一类存在数据包丢失的NCS稳定性的分析

网络控制系统（NCS）的分析和设计中,影响系统稳定性和系统性能的因素之一是数据包丢失.具有数据包丢失的网络控制系统可以等效成一个异步动态开关切换系统,借助分析异步动态系统的稳定性,给出了具有数据包丢失情况下满足NCS闭环系统渐进稳定的两个条件,并给予了证明.     

具有时延及数据包丢失的广义网络控制系统稳定性分析

对一类具有时延及数据包丢失的正则、无脉冲广义网络控制系统进行分析,其中传感器采用时钟驱动,控制器和执行器采用事件驱动.假设传输时延小于一个采样周期,数据包传输成功率一定,将广义网络控制系统进行建模为异步动态系统,同时利用李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法,给出系统稳定的充分条件.借助于Matlab LMI工具箱,可在判定系统稳定的同时,获得使系统稳定的状态反馈控制律.最后的仿真实例表明该方法的可行性.     

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．     

基于观测器的广义网络系统稳定性分析

针对一类同时具有时延和丢包的正则无脉冲且脉冲能观的广义网络控制系统,假设传输时延小于一个采样周期且网络中的数据包传输成功率一定,将该系统建模为异步动态系统.利用李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法给出判断系统指数稳定的条件,并且得出基于正常状态观测器的反馈控制器.仿真实例证明了该方法的有效性.     

基于广义状态观测器的广义系统稳定性分析

对于同时具有时延和数据包丢失的正则无脉冲且能检的广义网络控制系统,在传感器采用时钟驱动及控制器和执行器采用事件驱动的条件下,假设传输时延小于一个采样周期且网络中的数据包丢失率一定的情况下,将该系统建模为异步动态系统.同时由于状态观测器能够保持系统的结构性,因此在给定原系统状态反馈控制器的前提下,利用广义李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法验证观测器系统的指数稳定性.最后仿真实例证明了该方法的有效性.     

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。     

有时延和数据包丢失的网络控制系统故障检测

针对同时存在网络时延和数据包丢失情况下的网络控制系统（NCS）,研究了基于观测器的故障检测问题。对网络诱导时延大于一个采样周期的NCS,构建了增广系统模型。对于已知的数据包丢失率,在数据包正常传输和丢包发生的情况下分别设计了故障观测器,将观测器误差系统视为具有两事件率约束的异步动态系统（ADS）,利用ADS理论给出了系统稳定的充分条件,基于矩阵不等式优化理论给出了故障观测器的设计方法。通过计算实际系统和故障观测器输出之间的残差,实现了NCS的故障检测。仿真算例验证了所提出方法的有效性。     

时变时延比例积分状态反馈网络控制系统的稳定性

研究在传感器与控制器间、控制器与执行器间有时延和数据包丢失的网络控制系统的模型、指数稳定性和控制器设计问题.将时变时延和数据包丢失的比例积分状态反馈网络控制系统建模为有事件率约束的异步动态系统.基于异步动态系统理论、Lyapunov稳定性原理和线性矩阵不等式方法,提出网络控制系统指数稳定的半负定矩阵条件和比例积分状态反馈控制器设计方法.通过数值算例说明提出的网络控制系统指数稳定的半负定矩阵条件和控制器设计方法是可行的.     

有数据包丢失网络控制系统的建模和控制

针对一类具有不确定时变时延和数据包丢失的网络控制系统,提出了一种控制器设计方法。在控制器节点利用状态预测器,当传感器数据丢失时,用预测状态代替当前对象状态;当传感器数据传输成功时对预测状态进行修正,并应用预测状态来构造控制律。在执行器节点采用缓冲技术将控制器-执行器时延转化为固定实验。与状态预测器相结合,将有数据包丢失的长时延网络控制系统建模为有事件率约束的异步动态系统。根据此模型,以矩阵不等式的形式给出了系统指数稳定的充分条件,通过求解矩阵不等式的可行解获取控制律。仿真算例说明了该方法的有效性。     

基于拟T-S模型的网络化控制系统鲁棒性分析

在传感器、控制器和执行器均工作于时间驱动的工作模式下,综合考虑网络化控制系统(NCS)出现时延和丢包问题,提出一种拟T-S模糊模型.以时延和丢包出现的概率作为隶属度,根据丢包出现在系统中的不同环节,分别构造相应的系统模型,并利用线性矩阵不等式(LMI)方法证明系统的稳定性.在系统存在外部扰动输入的情况下,构造相应的反馈控制器,并通过对一个二阶倒立摆系统的数值分析证明系统具有一定的鲁棒控制律.     

具有短时延和丢包的网络控制系统鲁棒H∞控制

研究了一类具有网络诱导时延和数据包丢失的不确定网络控制系统的鲁棒H∞控制问题.通过增广系统状态,将反馈通道和前向通道均存在短时延和丢包的网络控制系统建模为包含4个子系统的切换系统,基于增广系统模型提出新形式的静态输出反馈控制律.结合时窗丢包率概念与平均驻留时间方法,得到保证闭环网络控制系统鲁棒渐近稳定且满足鲁棒加权H∞性能指标的充分条件.基于线性矩阵不等式处理技巧与锥补线性化算法,给出双通道丢包依赖的变增益输出反馈鲁棒H∞控制器设计步骤.设计实例验证了所提控制方法的有效性.     

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.     

传输时延和数据包丢失的网络化系统预测控制

针对具有传输时延和数据包丢失的网络化系统研究了有约束模型预测控制问题。考虑网络控制系统中同时存在时延和丢包的情况,给定时延和丢包的上界值,用预测控制器产生的对应时刻的控制输入补偿网络时延和数据包丢失,通过建立时延状态矩阵将系统模型进行分类并视为切换系统,并通过构造切换Lyapunov函数证明了切换系统的稳定性。为了在提高系统性能的基础上减少计算量,利用部分滚动优化方法进行控制器设计,给出了性能指标的上界和系统渐进稳定的充分条件,通过在线求解LMI问题得到状态反馈控制律。仿真研究验证了该方法的有效性。     

具有随机数据包丢失的网络控制系统

研究了有丢包的网络控制系统的稳定性问题,将系统建模为一个随机Markov链过程,针对传感器与控制器之间和控制器与执行器之间有丢包的网络控制系统,将系统模型表示成一类Markov跳变系统,最后利用Lyapunov稳定性和Markov跳变系统理论分析闭环系统的稳定性,进而给出控制器的设计方法。