网络控制系统的建模及控制律设计

为了解决网络控制系统中时延不确定而造成的系统控制的困难,提出了一个增广矩阵模型。在该模型的基础上把时延造成的系统的不确定性转化为系统矩阵的不确定项,然后在鲁棒镇定控制律设计方法的基础上,根据该不确定项结构的特殊性,提出比传统鲁棒控制律设计方法具有较小保守性的稳定控制律设计方法。仿真例子说明该控制律设计方法的有效性。     

MIMO网络控制系统的容错控制

针对被控对象为多输入多输出的网络控制系统,设传感器与控制器均为时间驱动,未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器"故障"的系统。此类系统相当于一个有限子系统的切换系统,借助容错控制和切换系统的理论,基于共同的Lyapunov方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件以及控制器和观测器的协同设计方法。最后的仿真验证了方法的有效性。     

线性不确定系统的鲁棒容错H∞控制设计

研究了线性不确定系统的鲁棒容错H∞控制问题.当系统既有状态滞后,又有控制输入滞后,而且状态和控制输入的不确定项均满足匹配条件时,运用线性矩阵不等式(LMI)方法,提出了一种针对不确定系统的鲁棒容错反馈控制设计方法.利用该方法设计的闭环系统,不仅在传感器发生故障时具有完整性,而且对于系统的参数不确定性具有鲁棒性.以设计实例及仿真结果验证了这种方法的有效性.     

基于等价空间的网络控制系统故障检测问题研究

研究了网络控制系统的故障检测问题。对于一类网络时延为不确定情况的网络控制系统,得到了系统的具有模型不确定性的离散时间模型。将等价空间故障检测方法中的等价向量扩展为等价矩阵的情况,进而可将残差产生器的设计问题归结为受线性矩阵不等式约束的多目标优化问题,并可应用线性矩阵不等式技术求解等价矩阵。同时还讨论了对残差评估问题。算例验证了提出方法的有效性。     

基于观测器的丢包网络控制系统控制器设计

针对网络控制系统的数据包丢失(丢包)问题,提出将网络控制系统中的丢包问题看成是被控对象输入矩阵的切换问题和控制器对象输入矩阵的分别切换问题,进而将网络控制系统看成是由矩阵切换决定的切换律未知的切换系统,将丢包等效为切换系统中子系统之间的切换。采用李雅普诺夫函数方法,对每个由矩阵形式决定的子系统设计了基于观测器的状态反馈控制器。利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMI)的可行解给出了计算状态观测器和控制器的参数化方法。最后通过仿真算例验证了该方法的有效性。     

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.     

Quantized dynamic output feedback control for networked control systems

The problem of the quantized dynamic output feedback controller design for networked control systems is mainly discussed. By using the quantized information of the system measurement output and the control input, a novel networked control system model is described. This model includes many networkinduced features, such as multi-rate sampled-data, quantized signal, time-varying delay and packet dropout. By constructing suitable Lyapunov-Krasovskii functional, a less conservative stabilization criterion is established in terms of linear matrix inequalities. The quantized control strategy involves the updating values of the quantizer parameters μi(i = 1, 2)(μi take on countable sets of values which dependent on the information of the system measurement outputs and the control inputs). Furthermore, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

动态输出反馈网络控制系统鲁棒控制器设计

研究了具有不确定时延的动态输出反馈网络控制系统鲁棒控制器设计问题.考虑小于等于一个采样周期的不确定时延,将动态输出反馈网络控制系统建模为含有不确定性的离散时变系统.利用Lyapunov理论和矩阵不等式方法,推导出系统鲁棒控制律存在的条件,并转化为矩阵不等式表示的可行性问题,从而可利用Matlab LMI工具箱来求解,以便构造鲁棒控制律.Matlab仿真算例说明分析方法和结果是有效可行的.     

有包丢失的动态输出反馈奇异网络化系统稳定性分析

基于正则、无脉冲的奇异被控对象,研究了同时具有时延和数据包丢失的动态输出反馈网络控制系统的建模和稳定性问题。 当时延不大于一个采样周期、数据包丢失率一定时,将动态输出反馈网络控制系统建模为数据包丢失率约束的异步动态切换系统,利用切换系统和线性矩阵不等式方法,推导出数据包丢失率约束的系统指数稳定的充分条件,并且给出了系统指数稳定的指数衰减率以及最大容许数据包丢失率。仿真实验说明分析方法和研究结果是有效可行的。     

Graphic theory on interval stability of networked control systems

A new method on the interval stability of networked control systems （NCSs） with random delay and data packet dropout is studied. Combining interval systems and NCSs, a graphic condition on judging interval stability is presented in terms of the weighted diagraph theory in graph theory. Furthermore, utilizing the graph-theoretic algorithm, the delay-depended controller gains are obtained. Aiming at the same delay and data packed dropout, several controller gains are obtained, simultaneously. The example and simulation illustrate the effectiveness of the proposed method.     

Robust H∞ control for networked control systems

The robust H∞ control for networked control systems with both stochastic network-induced delay and data packet dropout is studied. When data are transmitted over network, the stochastic data packet dropout process can be described by a two-state Markov chain. The networked control systems with stochastic network-induced delay and data packet dropout are modeled as a discrete time Markov jump linear system with two operation modes. The sufficient condition of robust H∞ control for networked control systems stabilized by state feedback controller is presented in terms of linear matrix inequality. The state feedback controller can be constructed via the solution of a set of linear matrix inequalities. An example is given to verify the effectiveness of the method proposed.     

网络化控制系统观测器/控制器集成设计方法

针对一类网络化控制系统,提出一种输出反馈控制的新方法--观测器/控制器集成设计。该方法借助状态观测器重构系统状态,设计输出反馈控制器,将闭环系统建模为一类混杂系统。利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,以线性矩阵不等式（linear matrix inequality, LMI）形式给出了闭环系统的稳定性判据以及观测器/控制器的集成设计方法。仿真算例说明了所提出的方法简单、有效且易于实现。     

非线性系统的鲁棒容错控制

对非线性鲁棒容错控制的研究现状进行了综述。首先介绍了一些与非线性鲁棒容错控制密切相关的研究方向,包括非线性系统理论、鲁棒控制、自适应控制等。然后分被动式和主动式介绍了非线性系统鲁棒容错控制的研究现状;被动容错控制方面,主要介绍了可靠控制方法;主动容错控制通常需要解决三个问题:诊断、控制以及二者的综合,本文按照这个划分对主动式的研究现状进行了总结。最后,探讨了该领域的一些热点和难点问题。     

网络化控制系统的故障诊断

网络化控制系统与传统结构的控制系统相比具有许多优点,但经网络传输的控制信号所带来的随机时延、丢包、异步等问题会影响闭环控制系统的性能,因此需要发展可在网络环境工作的系统的控制理论和技术。故障诊断与容错控制对于控制工程实践特别是对安全性有严格要求的控制系统是十分重要的。近年来,我们较为系统地开展了网络化控制系统故障诊断与容错控制的研究工作从而可对故障诊断的主要研究结果进行概述。     

基于LMI的网络化切换系统的鲁棒控制

为了克服时延和不确定参数对系统性能的影响,利用Lyapunov稳定性理论,设计了一种新的切换观测器和相应的切换控制器,给出了对任意切换规则和延迟周期数,都能保证整个闭环网络化切换系统稳定的充分条件。最后给出了求解切换观测器增益和切换控制器增益的锥补线性化方法,仿真实例说明了所提方法的有效性。     

考虑时延与丢包的网络控制系统分析与综合

针对具有时变网络诱导时延和丢包问题的网络控制系统稳定性分析与控制器设计问题,通过考虑网络诱导时延是时变和有界的情形,并分析网络诱导时延与其上界之间的关系,应用Lyapunov-Krasovskii泛函结合积分不等式方法,提出了一种改进的、同时考虑了网络诱导时延和丢包问题的网络控制系统稳定条件,并基于改进的锥补线性化迭代算法（improved cone complementary linearization, ICCL）给出了一种具有更低保守性的控制器设计方法。数值实例表明上述方法的有效性。     

非线性系统的网络化控制研究

针对一类单输入-单输出仿射非线性系统的网络化控制问题,基于微分几何理论,采用精确线性化方法将非线性系统变换为线性系统;对于网络时滞小于一个采样周期且在小范围随机变化的网络控制系统,将其建模为不确定离散时滞系统,基于线性矩阵不等式设计控制器。文中给出了设计方法和步骤,通过一个仿真算例,证明了方法的正确性。     

基于模型预测的网络化控制系统补偿控制

针对分时控制模式下存在于网络诱发延迟大于一个采样周期的网络化随机控制系统中的空采样和数据拒绝问题,提出了一种基于模型预测的补偿控制法。该方法通过在执行器设立缓冲区窗口并存放一定数目的历史控制量,利用多个历史控制量对当前采样周期的控制状态进行估计预测,对空采样和数据拒绝情况进行补偿控制,达到改善系统性能的目的。通过仿真实验证明了该补偿控制算法的有效性。     

网络控制系统的可镇定性和可检测性

基于线性时不变系统的被控对象，建立了控制器为事件驱动时长时延网络控制系统的数学模型，对网络控制系统的均值可镇定性、均方可镇定性、均值可检测性和均方可检测性作了定义，得到了网络控制系统可镇定、可检测的充要条件，最后以不稳定的倒立摆为对象进行了仿真研究．     

Observer-based H∞ control over packet dropping networks

A new controller design problem of networked control systems with packet dropping is proposed. Depending on the place that the observer is put in the system, the network control systems with packet dropping are modeled as stochastic systems with the random variables satisfying the Bernoulli random binary distribution. The observer-based controller is designed to stabilize the networked system in the sense of mean square, and the prescribed H∞ disturbance attenuation level is achieved. The controller design problem is formulated as the feasibility of the convex optimization problem, which can be solved by a linear matrix inequality （LMI） approach. Numerical examples illustrate the effectiveness of the proposed methods.