基于OPNET的网络化控制系统时延分析

本文基于网络仿真软件OPNET,设计了网络化控制系统的仿真平台。在该仿真平台上实现了网络化控制系统中广义对象节点和控制器节点的功能,展示了网络模型的搭建过程,测量了网络中点对点的时延,并且进一步分析在发包大小、发包时间间隔不同的条件下时延的分布特征。该仿真平台为提高网络化控制系统的性能提供更加有效的验证途径。     

网络控制系统反馈和前向通道的随机时延补偿

针对网络化控制系统的网络诱导时延,提出了一种改进的补偿时延的预测控制方法。对于反馈通道,根据测量的反馈时延设置预测步长,采用柔性控制增量算法设计预测控制器对时延进行补偿。对于前向通道,前向时延相对控制器来说是未知的,为此在系统输出端和前向通道间添加一个反馈补偿环节,设计一个控制补偿器估算出历史时刻实际作用于被控对象的控制量与控制器在此时刻输出的控制量之间的误差,用该误差来补偿前向时延的影响。当被控对象参数缓慢变化或未知时,给出了渐消记忆递推最小二乘辨识算法的网络化反馈修正算法。最后对闭环系统的稳定性做了分析并通过仿真验证了该策略的有效性,保证了网络化控制系统的良好性能。     

大时延网络化控制系统状态观测器的设计

在对带有大时延的网络化控制系统进行了必要的假设后,建立了其增广状态空间模型,并在传统状态观测器的基础上,设计了一种具有延时补偿的状态观测器,从而使系统的性能得到改善.还给出系统渐近稳定的充分必要条件.与传统的状态观测器设计方法进行了仿真和比较,结果证明了该方法的有效性和正确性.     

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。     

具有快变时延的网络化控制系统完整性设计

针对一类具有时变时延和丢包的网络化控制系统,研究执行器或传感器失效时系统的完整性设计问题.将丢包当作一种特殊时延,考虑综合时延的快变性,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出使闭环系统对执行器或传感器失效故障具有完整性的时滞依赖充分条件,并以求解LMIs的方式给出控制器的设计方法.以一个仿真算例验证了该方法的可行性和有效性.     

时变时延网络化控制系统的容错控制

针对网络化控制系统的时变时延,建立了时变数学模型,针对传感器和执行器的失效问题进行了讨论,研究了其容错控制器设计问题．仿真结果验证了该方法的有效性．     

具有访问约束和随机时延的网络化系统动态输出反馈控制

针对一类同时具有介质访问约束和随机时延的网络化控制系统,研究了其中的动态输出反馈控制设计问题. 考虑到介质访问约束和随机时延的影响,将系统建模为一类具有参数不确定性的马尔可夫跳变系统,基于李雅普诺夫稳定性理论和LMI技术推导出系统稳定的充分条件,并且设计了相应的动态输出反馈控制器,使得闭环系统鲁棒稳定并具有给定的H_∞性能,最后通过仿真算例证明了所提出方法是有效的.     

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LMI的网络化控制系统鲁棒容错控制器的设计

研究一类带有未知扰动的网络化控制系统的鲁棒容错控制问题.针对NCSs的时延和不同步对系统性能产生的影响,将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵的不确定性,将网络化控制系统的状态向量扩展为增广状态向量.基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,系统采用状态反馈控制策略,推证出保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时仍渐近稳定的充分条件,通过求解线性矩阵不等式组方便地得到容错控制器的设计方法.用仿真算例验证此种方法的可行性、有效性以及通用性.     

一类带有时延的非线性网络控制系统的镇定

研究了一类非线性网络控制系统的镇定问题。利用一种新方法描述通讯网络有限传输能力所导致的时延,由T-S模糊模型和平行分布补偿技术建立了带有时延的非线性网络控制系统的模型。通过采用Lyapunov方法和线性矩阵不等式技术,得到了系统随机稳定的充分条件,并给出镇定控制器的设计方法。     

Intelligent Scheduling Controller Design for Networked Control Systems Based on Estimation of Distribution Algorithm

The use of communication networks in control loops has gained increasing attention in recent years due to its advantages and flexible applications. The network quality-of-service （QoS） in those socalled networked control systems always fluctuates due to changes of the traffic load and available network resources, This paper presents an intelligent scheduling controller design approach for a class of NCSs to handle network QoS variations, The sampling period and control parameters in the controller are simultaneously scheduled to compensate for the network QoS variations. The estimation of distribution algorithm is used to optimize the sampling period and control parameters for better performance. Compared with existing networked control methods, the controller has better ability to compensate for the network QoS variations and to balance network loads. Simulation results show that the plant setting time with the intelligent scheduling controller is reduced by about 64.0% for the medium network load and 49.1% for high network load and demonstrate the effectiveness of the proposed approaches.     

带有随机时滞的非线性网络控制系统的镇定

考虑了一类非线性离散系统的网络控制问题.通过齐次马尔可夫链描述采样器-控制器和控制器-执行器的时延,将网络控制系统建模为带跳非线性系统.利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式技巧,得到了系统随机稳定的充分条件,并给出了镇定控制器的设计方法.数值例子的仿真结果验证了所得方法的有效性.     

一类非线性网络控制系统的控制器设计

针对一类非线性网络控制系统,提出了一种新型自适应模糊滑模预测控制方法,采用带有时间超前非线性状态预估器的新型的滑模控制(SMC)方案,补偿网络诱导时延,而后利用模糊自适应系统来逼近非线性环节,并基于Lyapunov稳定性理论设计自适应律,保证系统的稳定性. 以网络环境下空间飞行器的姿态控制为例进行仿真,结果表明,所提出的方法不仅实现了高精度的姿态稳定控制,且系统对不确定参数、网络诱导延时及外界干扰带来的影响具有很好的鲁棒性.     

网络控制系统中在线时延评估方法及其控制

为了解决网络控制系统中数据传输时延给控制品质带来不良影响的问题，从融合通信技术和控制技术的角度出发，提出一种新的控制方案．通过运用在线时延评估方法——平均时延窗口(ADW)法来在线估计出网络控制回路中的时延特性．在此基础上，根据得到的时延来确定LQG控制器中的控制参数．此控制方案克服了对网络时延离线的盲目假设，而且在具体实施中不需要网络同步时钟技术的支持，因此具有一定程度的实用性．通过在CAN总线实验平台的验证，其结果显示了此控制方案的有效性．     

网络化离散时滞系统的鲁棒输出反馈控制

研究网络环境下凸多面体离散时滞系统的鲁棒输出反馈控制问题．假设控制器与驱动器之间通过不可靠的通讯网络相连接．利用相互独立的随机变量刻画多个通信信道中的数据丢失现象．首先,基于参数依赖的Lya—punov—Krasovskii泛函方法分析闭环系统的鲁棒随机稳定性;然后,将参数依赖的鲁棒静态输出反馈控制器的设计问题归结为求解线性不等式组的凸优化问题．最后,用仿真例子说明所给方法的有效性．     

时延网络控制系统调度与稳定性

针对共享网络资源的多个网络控制系统的调度与稳定性问题,考虑网络诱导时延对系统的影响,给出网络控制系统的模型描述;基于静态非抢占RM(Rate Monotonic)调度算法,给出网络可调度与闭环系统稳定的充分条件。仿真结果表明该文的方法比已有的方法具有更小的保守性。     

基于多包传输的网络控制系统控制器设计

考虑传感器到控制器通道上时延和丢包的非均匀分布特性,建立了基于多包传输的连续时间网络控制系统模型.通过定义Lyapunov泛函,并应用Jensen不等式,提出了具有非均匀分布的时延和丢包的网络控制系统镇定控制器设计方法;同时将该结果扩展到控制器到执行器通道存在非均匀分布时延和丢包的网络控制系统中.对于传感器到控制器通道和控制器到执行器通道同时采用多包传输的情况,本文提出的控制器设计方法依然可行.数值例子验证了本文给出的控制器设计方法的有效性.     

基于离散T-S模糊模型的非线性网络控制系统的镇定

在考虑了数据丢包和网络诱导时滞情形下,研究了一类非线性网络控制系统的镇定问题,其中被控对象是由一个离散T-S模糊模型描述的.利用平行分布补偿技术,建立了这类非线性网络控制系统的一个新的模型,得到了该系统稳定的充分条件,给出了基于线性矩阵不等式的模糊控制器的设计方法.数值例子说明了结论的有效性.     

基于观测器的时延网络控制系统稳定性

针对一类传感器采用时间驱动,控制器和执行器采用事件驱动的确定短时延网络控制系统,设计了一个状态观测器.将该网络控制系统离散化,并在此观测器的基础上给出了系统的离散模型和判定渐近稳定的方法.通过建立一个Lyapunov函数并采用线性矩阵不等式(LMI)的方法获得系统渐近稳定的充分条件.仿真实例验证了该方法的可行性及有效性.