不确定离散广义线性系统的保性能最优控制

对一类具有范数有界时不变参数不确定性的广义离散时间线性系统和一个二次型性能指标,研究了其最优保性能状态反馈控制律的设计问题。通过采用线性矩阵不等式方法,导出了存在保性能控制律的一个充分条件,进而证明了该条件可化为一个线性矩阵不等式的可解性问题,并用这组线性矩阵不等式的可行解给出了保性能控制律的一个参数化表示。在此基础上,通过建立并求解一个凸优化问题,给出了最优保性能控制律的设计方法,最后用例子说明了该方法的应用。     

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。     

无线网络控制系统建模与鲁棒控制分析

针对无线网络控制系统(wireless networked control system,WINCS)中长网络诱导时延对系统稳定性的影响,通过将不确定时延等效为系统参数的不确定性,建立了长时延WINCS的参数不确定离散时间系统模型。在该模型基础上,利用Lyapunov函数方法,获得闭环WINCS渐近稳定的充分条件。通过线性矩阵不等式形式,给出了WINCS状态反馈控制器的参数化设计方法。最后通过数值仿真验证了建模与控制方法的有效性。     

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.     

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。     

对丢失数据包的网络控制系统的分析及最优控制

针对同时存在前向通道和反馈通道数据包丢失的离散时间系统,分别将数据包丢失作为独立的贝努利过程进行建模。通过对量化器量化水平参数的约束条件,确保状态估计在均方差意义下的稳定,并基于约束条件获得前向通道的最大丢包率的一个上界。与此同时,基于线性二次型最优控制(LQG)性能指标和状态估计,给出了具有数据包丢失的系统最优控制律,运用线性矩阵不等式(LMI)技术和二分法进行优化设计,并给出了反馈通道最大丢包率的一个优化算法。最后通过仿真实例验证了理论结果。     

具有控制约束的不确定离散系统最优保性能控制

对一类具有范数有界时变参数不确定性和控制输入约束的离散时间线性系统,采用线性矩阵不等式处理方法,导出了保性能控制律存在的条件,证明了该条件等价于一组线性矩阵不等式的可行性问题,并用这组线性矩阵不等式的可行解给出了保性能控制律的一个参数化表示。进而,通过建立并求解一个凸优化问题,给出了具有控制约束的不确定离散系统最优保性能控制律设计方法。     

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。     

具有饱和执行器跳变系统的鲁棒模型预测控制

针对一类具有饱和执行器的不确定离散Markov跳变系统,提出鲁棒模型预测控制器设计方法。为便于工程应用,考虑被控跳变系统各模态下的动态系统参数以及各模态间的跳变转移模态均存在不确定性的情形,这些不确定性均以凸多面体的形式给出。预测控制器的求解通过在每一个采样时刻优化无穷时域的最坏二次性能指标实现,该预测控制序列在每个采样时刻表现为具有饱和特性的状态反馈控制律,从而使得所形成的闭环系统鲁棒均方稳定。为方便求解,将控制器的求解转化为以线性矩阵不等式形式给出的正半定规划(SDP)问题。数值示例验证了所提方法的有效性。     

有时延和数据包丢失的网络控制系统反馈控制

针对同时具有网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统,假设数据包丢失率一定,网络诱导时延小于一个采样周期,将网络控制系统建模为具有事件率约束的异步动态系统。提出了使得该系统达到指数稳定的动态输出反馈控制器的设计方法。利用遗传算法获得了NCS的事件衰减率的局部极大值。通过仿真算例证明了该方法的有效性。     

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.     

Distributed quantized consensus for agents on directed networks

Communication bandwidth and network topology are two important factors that affect performance of distributed consensus in multi-agent systems. The available works about quantized average consensus assume that the adjacency matrices associated with the digraphs are doubly stochastic, which amounts to that the digital networks are balanced. However, this assumption may be unrealistic in practice. In this paper, without assuming double stochasticity, the authors revisit an existing quantized average consensus protocol with the logarithmic quantization scheme, and investigate the quantized consensus problem in general directed digital networks that are strongly connected but not necessarily balanced. The authors first derive an achievable upper bound of the quantization precision parameter to design suitable logarithmic quantizer, and this bound explicitly depends on network topology. Subsequently, by means of the matrix transformation and the Lyapunov techniques, the authors provide a testable condition under which the weighted average consensus can be achieved with the proposed quantized protocol.     

Formation Tracking for Nonlinear Multi-agent Systems with Input and Output Quantization via Adaptive Output Feedback Control

Signal quantization can reduce communication burden in multi-agent systems, whereas it brings control challenge to multi-agent formation tracking. This paper studies the output feedback control problem for formation tracking of multi-agent systems with both quantized input and output.The agents are described by a nonlinear dynamic model with unknown parameters and immeasurable states. To estimate immeasurable states and solve the uncertainties, state observers are developed by using dynamic high-gain tools. Through proper parameter designs, an output feedback quantized controller is established based on quantized output signals, and the quantization effect on the control system is eliminated. Stability analysis proves that, with the proposed control scheme, multi-agent systems can track the reference trajectory while forming and maintaining the desired formation shape.In addition, all the signals in the closed-loop systems are bounded. Finally, the numerical simulation and practical experiment are provided to verify the theoretical analysis.     

基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制

针对存在船舶动态不确定和外界干扰的欠驱动水面船舶轨迹跟踪控制问题,提出一种基于动态面控制(dynamic surface control,DSC)和最小学习参数法(minimal learning parameter,MLP)的自适应滑模控制方法。在控制律的设计过程中,为实现位置跟踪误差的收敛,利用反步法设计船舶前向速度和横漂速度的虚拟控制律镇定轨迹跟踪误差;引入DSC技术,用于消除反步法对虚拟控制求导引起的“微分爆炸”问题;另外,采用MLP技术,以单参数在线学习代替所有权值在线学习,减少控制器的计算量,避免出现“维数灾难”问题,并结合带有“σ-修正”的自适应律,防止参数漂移,易于工程的实现。稳定性分析证明了所设计控制律可以保证轨迹跟踪船舶闭环系统中轨迹跟踪误差信号一致最终有界,仿真结果验证了所设计控制器的有效性。     

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.     

基于模型的网络控制系统设计:切换控制的平均驻留时间法

利用平均驻留时间方法对基于模型的网络控制系统(model based networked control system,MB NCS)进行了研究。MB NCS由于能够在保证系统性能的前提下有效地减少系统对网络带宽的占用,自提出以来就受到了学者的广泛关注。首先总结了网络控制系统中常用的几种减少网络带宽占用的策略;其次,将基于模型的网络控制系统建模为切换系统,并在所建立的切换系统模型的基础上,利用平均驻留时间方法给出了使得此切换系统稳定的充分条件;最后,借助Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法设计了使得此系统稳定的控制器,并且通过仿真验证了所提出方法的有效性。     

一种新型的基于自适应磁链观测器的速度辨识

提出了一个基于自适应磁链观测器的速度辨识方案。应用Lyapunov稳定性理论,观测器的增益借助于Matlab中LMI工具箱求解一线性矩阵不等式得到,它解决了采用极点配置的自适应速度观测器存在不稳定区域的问题。利用速度估计自适应机构和矢量控制方案设计了无速度传感器感应电机矢量控制系统。仿真结果表明提出的鲁棒自适应观测器在全速范围内具有很好的稳态和动态性能,并具有很好的鲁棒性。     

增益调度积分型切换项滑模控制器设计

针对一类不确定离散系统,提出了一种增益调度积分型滑模控制器,并分析其鲁棒H_∞性能。首先,通过状态扩维,得到含有输出误差积分项的离散模型,并利用理想滑模运动性质得出滑模等效控制律,利用输出误差积分项设计增益调度滑模补偿控制律。然后,将滑模闭环控制系统等效为切换系统,基于切换系统相关理论推导了滑模控制参数与闭环控制系统的二次稳定性、鲁棒H_∞性能指标的关系。最后,通过对不确定项和非线性项的处理得到线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI),再求解该不等式,得出满足控制性能要求的滑模控制参数。仿真实验中分析了控制算法的暂态性能和扰动抑制能力,证明了该方法的有效性。     

Decentralized robust guaranteed cost control for a class of interconnected singular large-scale systems with time-delay and parameter uncertainty

The decentralized robust guaranteed cost control problem is studied for a class of interconnected singular large-scale systems with time-delay and norm-bounded time-invariant parameter uncertainty under a given quadratic cost performance function. The problem that is addressed in this study is to design a decentralized robust guaranteed cost state feedback controller such that the closed-loop system is not only regular, impulse-free and stable, but also guarantees an adequate level of performance for all admissible uncertainties. A sufficient condition for the existence of the decentralized robust guaranteed cost state feedback controllers is proposed in terms of a linear matrix inequality (LMI) via LMI approach. When this condition is feasible, the desired state feedback decentralized robust guaranteed cost controller gain matrices can be obtained. Finally, an illustrative example is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.