双参数优先级递推式变采样周期调度算法

针对资源受限的网络控制系统,提出了一种基于双参数优先级的递推式变采样周期动态调度算法。计算控制回路的网络需求度和网络紧急度双参数,并以控制回路误差的绝对值建立二次平方根映射函数来确定双参数权重,实现对传感器优先级的调度。同时,综合分析控制回路性能递推动态调节各控制回路的采样周期,在保证控制系统的稳定的前提下完成调度调节。仿真表明该调度算法提高了网络控制系统的控制质量。     

鲸鱼优化相关向量机的网络控制系统变采样周期调度

针对资源受限的网络控制系统,提出一种基于鲸鱼优化相关向量机的变采样周期调度算法。通过网络监测模块获取网络带宽与数据传输时间数据,建立鲸鱼优化相关向量机的预测模型,实现对网络带宽及数据传输时间的预测。采用模糊推理计算系统各回路通信带宽的分配权重,进而结合通信带宽及数据传输时间的预测值对各闭环回路的采样周期进行计算,完成采样周期的实时调节。仿真结果表明,在资源受限条件下,所提算法保证了系统的稳定性与控制精度。     

鲸鱼优化相关向量机的网络控制系统变采样周期调度

针对资源受限的网络控制系统,提出一种基于鲸鱼优化相关向量机的变采样周期调度算法。通过网络监测模块获取网络带宽与数据传输时间数据,建立鲸鱼优化相关向量机的预测模型,实现对网络带宽及数据传输时间的预测。采用模糊推理计算系统各回路通信带宽的分配权重,进而结合通信带宽及数据传输时间的预测值对各闭环回路的采样周期进行计算,完成采样周期的实时调节。仿真结果表明,在资源受限条件下,所提算法保证了系统的稳定性与控制精度。     

一类介质访问约束下的网络控制系统设计

针对多输入多输出的网络控制系统,传感器和执行器为时间驱动,由于网络资源的有限性,在每个传输周期内,系统往往只有部分传感器和执行器得到网络介质访问权,与远程控制器进行数据传输,这称为网络控制系统的介质访问约束性,它极大地影响到系统的稳定性和控制性能,成为网络控制中亟待解决的问题。针对这一问题将网络控制系统建模为输出矩阵和输入矩阵随介质约束改变的切换系统,并利用切换系统分析方法和稳定性理论,设计了切换观测器和基于观测器的状态反馈控制器,分析了周期调度下该网络控制闭环系统的稳定性,最后通过仿真验证了这种方法的有效性。     

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。     

一种基于自适应控制的软实时调度算法研究

控制理论应用于软实时系统的调度问题，仅采用经典反馈控制技术存在较大的局限性。针对CPU资源实时调度模型的时变特点，提出一种基于自适应反馈控制结构的软实时调度算法，通过在线实时辨识模型的时变参数，自动校正控制器参数，使控制系统运行在期望的闭环极点，改善了实时系统的动态响应特性，同时对系统模型的参数时变具有较好的鲁棒性，提高了实时系统的稳定性和资源的利用率。     

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.     

网络化控制系统综合仿真平台设计

已有的网络化控制系统仿真平台忽略了网络资源调度策略对系统性能的影响,没有提供对网络资源调度策略的仿真接口。基于Matlab的TrueTime工具包,开发了网络化控制系统综合仿真平台,实现了对控制系统与网络系统的联合仿真。该仿真平台提供了对控制策略和网络资源调度策略的联合仿真接口,增强了仿真平台的灵活性。最后,通过仿真试验分析了不同网络资源调度策略对网络化控制系统性能的影响。     

基于信息调度的网络化控制系统

针对具有通信约束的串行网络化控制系统设计问题,提出了一种简单灵活的控制系统信息调度方法。考虑到控制与通信的耦合情形,信息调度方法采用了轮流分批发送信息的方式,从而减少了网络信道中的数据流量,同时将网络环境下的系统模型转化为一种具有等价周期的采样数据系统模型。基于所得的数学模型和信息调度方法,给出了调度算法与反馈控制联合设计的过程。仿真研究表明该方法是有效可行的。     

嵌入式实时调度系统抖动稳定性分析

分析了嵌入式实时调度系统中控制任务的采样周期和延时不规则抖动属性及稳定性能。并且,针对抖动范围有界但抖动属性不能精确已知的离散状态系统,提出一个保守的系统稳定性充分判据。该判据将抖动引起的时变不确定性描述为系统的离散时间闭环区间状态矩阵,利用李雅普诺夫方程和矩阵的无穷范数,导出区间系统鲁棒稳定的充分条件。该方法计算量小且能减小区间代数计算结果易于扩张的问题。仿真算例表明该判据简单有效且能降低保守性。     

Fuzzy-based network bandwidth design under demand uncertainty

<正> In communication networks (CNs),the uncertainty is caused by the dynamic nature of thetraffic demands.Therefore there is a need to incorporate the uncertainty into the network bandwidthcapacity design.For this purpose,this paper developed a fuzzy methodology for network bandwidthdesign under demand uncertainty.This methodology is usually used for offline traffic engineeringoptimization,which takes a centralized view of bandwidth design,resource utilization,and performanceevaluation.In this proposed methodology,uncertain traffic demands are first handled into a fuzzynumber via a fuzzification method.Then a fuzzy optimization model for the network bandwidthallocation problem is formulated with the consideration of the trade-off between resource utilizationand network performance.Accordingly,the optimal network bandwidth capacity can be obtained bymaximizing network revenue in CNs.Finally,an illustrative numerical example is presented for thepurpose of verification.     

网络控制系统实时仿真平台的设计与开发

网络控制系统(NCSs)是通过通信网络实现控制系统单元信息交换的分布式控制系统.由于通信网络的引入,有可能使控制系统的性能降低甚至导致系统不稳定,这些不利因素使得对网络控制系统的分析研究变得更为复杂.利用混合编程技术并搭建基于实时通信网络的仿真平台,可为网络控制系统提供有利的分析工具.最后以状态反馈控制器为仿真实例,证明该研究平台的优势及有效性.     

Optimal Output Feedback Control and Stabilization for NCSs with Packet Dropout and Delay: TCP Case

This paper considers the output feedback control and stabilization problems for network control systems (NCSs) with packet dropout and input delay, and the TCP (transmission control protocol) case is mainly investigated. Specifically, whether the control signal is lost can be acknowledged by the receiver in the NCSs. The main contributions are: 1) For the finite horizon case, the “optimal” output feedback control is derived by using the dynamic programming approach, and it is noted that the separation principle holds for the considered situation; 2) For the infinite horizon case, for the first time, the necessary and sufficient stabilization conditions are derived for NCSs with packet dropout and delay.     

面向数据流QoS的MANET分布式管理控制机制

针对数据流过载将引起Ad Hoc网络性能严重下降的问题,提出了一种基于被动式带宽估计的端到端分布式管理控制机制,节点根据信道利用率、帧间碰撞和随机回退等信息估计可用带宽,进而结合路由发现过程从端到端的角度衡量当前网络容量是否能够满足业务需求.仿真结果表明,采用被动式带宽估计方法所得到的可用带宽与实际测量值比较接近;同时所提出的管理控制机制能够有效地避免数据流过载情况,降低数据包的平均延迟和丢弃率.     

Performance Improvement of NCSs Under Complex Network via Concurrent Paths

Different from the single paths between controllers and plants of networked control systems(NCSs), the complex network provides widespread links and brings plenty of paths from the controller side to the plant side. Benefit from this advantage, a novel data transmission dispatching strategy is proposed. When the direct path can not satisfy the condition of system demand, neither stability nor performance, some specified paths compose a concurrent-path to transmit the control signal concurrently. Firstly, the networked control systems(NCSs) are expressed by the switched systems model with the constant network-induced delay, and the network communication is described as a packet-loss process. Secondly, taking system's exponential decay rate as its performance indicator, the relationship between control signal transmission paths and system performance is quantitatively given by considering packet losses as the compound poisson process and the alternating renewal process. Then, due to that different combination of paths induces the different statistical properties of packet losses, the approach to find an appropriate concurrent-path is proposed concerning two mutually constrained factors, the system performance demand and the utilization of network resources. After the theoretical analysis, a distributed communication platform based on peer-to-peer(P2P) network technology is designed and implemented to realize the concurrent-path transmission on internet. Finally, the practical experiment on the platform demonstrates the validity and effectiveness of proposed approach.     

网络控制系统的事件触发与量化控制协同设计

针对资源受限的离散时间网络控制系统,提出一种基于性能优化的事件触发和量化控制协同设计方法。该方法主要通过事件触发降低网络带宽占用,采用带有缩放因子的动态量化器降低量化误差的影响,并将该网络控制系统建模成具有不确定参数的离散时间切换系统;根据稳定性和二次性能指标要求,利用分段李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式技术将性能指标最优问题转化为具有矩阵不等式约束的优化问题,给出了保证系统渐近稳定且二次性能指标最小的事件触发器参数、动态量化器可调参数及控制器增益协同设计方法。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

蜂窝网中融合多播的接入控制机制仿真研究

无线蜂窝网络中引入了多播业务作为对现有传输服务方式的扩展,如何优化融合业务的系统性能成为了新型无线资源管理的重点。提出了一种融合多播和单播业务的呼叫接入控制机制。该接入控制机制考虑了融合业务的特征,利用预留虚拟资源为接入呼叫分配带宽。在此基础上,优化带宽抢占和服务降级策略,从而有效的提高系统整体性能。仿真结果表明,该方案能够充分利用多播业务的特点,有效降低呼叫阻塞率并提升接入用户数量。     

Stability Analysis of Event-Triggered Networked Control Systems with Time-Varying Delay and Packet Loss

Networked control systems(NCSs) are facing a great challenge from the limitation of network communication resources. Event-triggered control(ETC) is often used to reduce the amount of communication while still keeping a satisfactory performance of the system, by transmitting the measurements only when an event-triggered condition is satisfied. However, some network-induced problems would happen inevitably, such as communication delay and packet loss, which can degrade the control performance significantly and can even lead to instability. In this paper, a periodic eventtriggered NCS considering both time-varying delay and packet loss is studied. The system is discretized into a piecewise linear system with uncertainty. Then the model is handled by a polytopic overapproximation method to be more suitable for stability analysis. Finally, stability conditions are obtained and presented in terms of linear matrix inequalities(LMIs). The result is illustrated by a numerical example.     

具有数据包丢失的网络控制系统的估计问题

主要考虑了具有数据包丢失的网络控制系统(NCSs)的估计问题。首先,给出经典的卡尔曼滤波估计器和协方差矩阵。当量测方程带有噪声时,通过递推的方法严格推导出最优估计(条件期望)。另外,根据系统丢包行为能否被观测到的估计问题,分情况进行讨论。最后,在实际应用中开发了一个次优的近似估计器。这对在大的有限域下研究具有数据包丢失的网络控制系统有所帮助,也为进一步分析网络控制系统的问题提供了研究方向。