基于模型预测控制的网络控制系统设计

网络随机时延和数据包丢失问题,直接影响了网络控制系统的性能指标.针对上述问题,提出了一种基于模型预测控制的网络控制设计方法,根据网络数据传递次序重新设计了DMC的控制时序,使其更适用于网络环境下的实时控制.仿真结果表明了该方法的有效性.     

神经网络预测远程控制系统中信息延时的研究

针对网络控制系统中前向通道和反馈通道同时存在随机延迟及延时不确定的问题,通过实例分析了随机延时对闭环控制系统影响的根源,提出了通过基于神经网络的预测控制方法解决存在网络随机延时的控制系统闭环控制的可行性。仿真结果表明该方法能够反映并预测该测量数据所代表的网络路径之间的时延特性,并能在基于Internet的闭环控制系统的设计中有效地替代实际网络进行研究;而所用的方法具有快速、准确的特点,能用于在线学习网络模型并对网络的时延值进行预测,为基于Internet的远程闭环控制提供了新的思路。     

基于时延预估的网络控制系统研究

针对基于Internet环境下的控制系统中，网络时延、丢包、包序颠倒等问题对闭环实时控制系统性能造成的影响，提出了一种基于时延预估补偿控制的闭环实时控制方法。该方法引入一个网络时延存储队列，对网络时延进行在线预估，通过Smith预估器对控制系统进行动态补偿。同时，利用一类非线性PID的非线性特性对传统PID控制器进行改进，以改善时延随机性对控制系统的影响。仿真结果证明，该方法对模型精确已知的一类控制对象有较好的控制效果。     

具有实时性保障的INTERNET机器人控制系统设计方法

本文提出了一种具有实时性、可靠性保障的INTERNET网络机器人控制系统的设计方法. 基于 该方法设计的网络实时控制系统能够满足机器人实时、高效、灵活的技术特点．该方法的核 心为基于UDP传输协议的网络数据补偿算法，通过对网络传输过程中丢失的数据进行实时在 线补偿预测，降低了网络数据的丢失对系统的影响．实验结果证明该方法的有效性、合理性 ．     

互联网环境下基于DMC算法的双闭环控制方法

针对基于互联网的控制系统中, 网络数据传输存在不确定性时延而难以实现闭环实时控制的问题, 提出一种基于DMC算法的双闭环控制方法。结合双采样率思想,高频率采样的本地闭环控制回路实现本地控制功能;而低频率采样的远程闭环控制回路则完成全球控制功能。利用DMC算法实现前向和反馈端互联网时延的在线补偿。仿真结果表明采用DMC算法补偿时延的双采样率控制方法能够有效地克服互联网时延对控制系统动态性能的影响。     

小型无人直升机的无模型自适应鲁棒控制设计

本文针对小型无人直升机的姿态控制问题,考虑到现有基于模型的控制方法对系统动力学模型的依赖性,以及未建模动态对系统控制性能的影响,设计了一种新的基于数据驱动的无模型自适应鲁棒控制律.通过基于数据驱动的设计方法,降低了控制器对直升机动力学模型先验知识的依赖,补偿了未建模不确定性的影响.仅利用无人直升机的输入输出数据,即可实现对无人直升机系统的稳定姿态控制.然后本文结合离散滑模控制设计,补偿了未知外界扰动的影响,提高了系统的鲁棒性,并通过理论证明了控制误差的收敛性和闭环系统的稳定性.最后,在本研究组自主开发的无人直升机飞行控制实验平台上,进行了无人机实时控制实验.实验结果表明,本文所提出的控制算法取得了很好的姿态控制效果,并对系统不确定性和外界风扰动具有良好的鲁棒性.     

基于改进的BP网络误差修正的广义预测控制

该文利用预测误差的历史数据，基于改进的BP神经网络，对系统的建模误差进行预测。该网络采用了修正激励函数的BP算法，预测性能好，能够克服标准BP算法中Sigmoid函数的不足，加快了网络的学习速度。并将其与模型预测相结合构成广义预测控制算法，有效地克服了模型失配的影响，提高了控制的速度，同时引入控制增量增益，利用这个自由度来提高闭环的稳定鲁棒性。仿真结果表明了该算法的有效性。     

约束时变不确定离散系统的输出反馈预测控制综合

研究多包描述系统的离线型输出反馈预测控制．已有一方法首先综合状态反馈预测控制，满足输入/ 状态约束；而在设计观测器时，不再考虑输入/ 状态约束．本文则首先给出观测器，并给出一组不等式条件使得真实状态、观测状态和观测误差都保持在同一个椭圆内部，以便采用线性矩阵不等式处理输入/ 状态约束．基此，本文离线计算一椭圆序列，每个椭圆对应一控制律和一观测器，而在线的实时控制律和观测器则从该序列中选择，使得闭环系统具有稳定性保证．仿真例子说明了本文方法的有效性．     

MT-R机器人网络控制系统的设计与仿真

研究网络控制机器人的有效实时控制问题.针对目前控制信息因网络延时而引起数据丢失,降低实时控制效果,通过模仿TCP协议动态调整超时间隔算法的思想,对网络动态延时进行预测,为了提高系统的稳定实时控制,提出了基于因特网远程控制的预测步数可变的改进广义预测控制算法.采用WinSock、队列、缓冲和多线程等技术,基于VC++软件设计了远程控制仿真系统,利用因特网的机器人远程控制系统环境进行仿真.结果表明可为机器人远程控制的研究建立了实验条件,并对同类项目的研究具有一定的参考价值.     

网络控制系统的预测补偿

针对网络控制系统中存在长时延和数据丢包的情况,通过在控制器节点前设置缓冲器,并设计预估控制产生器和时延补偿器,提出了一种预测补偿控制方案,有效地克服了长时延、数据丢包和时序错乱问题对实际网络控制系统稳定性所造成的影响．证明了采用上述控制方案时闭环网络控制系统的稳定性,最后提供的仿真实例验证了该控制方案的有效性．     

网络控制系统的分析与建模

本文论述了网络控制系统的复杂性及当前网络控制系统建模中存在的主要缺点. 在考虑系统噪声、控制器动态及输出反馈的情况下，提出了多包传输、单包传输有数据包丢 失及多包传输有数据包丢失时网络控制系统的离散随机模型的统一的建模方法，并给出了网 络诱导时延合并定理．     

网络控制系统稳定性研究

综述了目前网络控制系统的研究现状,介绍了随机延迟问题、数据包丢失问题和多通道输出问题的建模以及各种控制策略.在此基础上,分析了网络控制系统稳定性研究中尚待解决的问题以及一些新的研究方向.     

Fixed-Time Output Consensus Tracking for High-Order Multi-Agent Systems With Directed Network Topology and Packet Dropout

This paper studies the problem of fixed-time output consensus tracking for high-order multi-agent systems (MASs) with directed network topology with consideration of data packet dropout. First, a predictive compensation based distributed observer is presented to compensate for packet dropout and estimate the leader’s states. Next, stability analysis is conducted to prove fixed time convergence of the developed distributed observer. Then, adaptive fixed-time dynamic surface control is designed to counteract mismatched disturbances introduced by observation error, and stabilize the tracking error system within a fixed time, which overcomes explosion of complexity problem and singularity problem. Finally, simulation results are provided to verify the effectiveness and superiority of the consensus tracking strategy proposed. The contribution of this paper is to provide a fixed-time distributed observer design method for high-order MAS under directed graph subject to packet dropout, and a novel fixed-time control strategy which can handle mismatched disturbances and overcome explosion of complexity and singularity problem.      

具有时变时滞和多包丢失的网络控制系统量化H∞控制

研究了具有时变时滞与多数据包丢失的网络控制系统(networked control systems,NCSs)的量化H∞控制问题.同时考虑传感器-控制器间的测量通道及控制器-执行器间的控制通道的多数据包丢失,并将其用满足Bernoulli分布的随机变量来表示.控制输入信号和测量输出信号分别在传感器和控制器两侧进行对数量化,量化误差描述为扇区有界不确定性.利用Lyapunov理论和线性矩阵不等式方法,得到了使得闭环NCSs满足一定H∞性能指标的均方意义下指数稳定充分条件,并给出了基于观测器的时滞相关控制器设计方法.最后,通过实例证明了该方法的有效性.     

具有数据包丢失及多包传输的网络控制系统稳定性

在分析网络数据包丢失和多包传输原因的基础上,研究存在数据包丢失和多包传输的网络控制系统稳定性问题.根据网络数据包丢失模型,提出了信号传输成功率应满足的系统指数稳定性条件,并依据具有事件概率限制的异步动态系统理论建立了多包传输网络控制系统模型,给出了判定系统指数稳定性的充分条件.仿真示例验证了上述判定系统稳定性条件的有效性.     

网络控制系统的滑模多步预估控制

针对网络控制系统中出现的长时滞、网络诱导噪声和数据包丢失,提出了的滑模多步预估控制器的设计方法.首先对提出的控制器进行了描述,它利用滑模控制的强鲁棒性来克服网络诱导噪声,采用多步预估的办法来处理网络中的时滞和数据包丢失.进而对导出的闭环网络控制系统的稳定性进行了分析.最后对通过网络控制的直流电机,采用所提出的方法设计了控制器,仿真结果验证了方法的有效性.     

基于网络的运动控制系统预测控制研究

针对一类基于网络的运动控制系统中存在的时延和丢包问题进行研究。对于网络运动控制系统存在数据时延和丢包的情况,建立网络运动控制系统模型。在此模型下,对预测函数控制算法进行分析,设计了预测函数控制产生器和数据延时预测补偿器,并研究相应的补偿策略。仿真分析表明算法的合理性和有效性。     

Stabilizing Controller Design for Discrete‐Time Networked Control Systems under a Multiple‐Packet Sequential Transmission Policy

This paper considers both state feedback and output feedback stabilization problems for discrete‐time networked control systems under a multiple‐packet sequential transmission policy. It is shown that the dynamics of the considered multiple‐packet transmission networked control systems can be modeled as switched control systems. In addition, based on the multiple Lyapunov function approach, we show that stabilizing networked feedback laws can be obtained by solving linear matrix inequalities.     

有线/无线混合网络传输控制策略

针对有线/无线混合网络存在的数据包易丢失的问题,提出一种基于探测包的传输控制策略。发送方周期性地向网络发送探测包,接收方通过观测探测包到达的时间间隔评估网络状态。观测结果能较好地表征可用带宽、网络拥塞以及包丢失原因等信息,发送方可根据观测结果调整发送速率以适应网络拥塞和丢包特性。仿真实验结果表明,该策略是有效的。     

STABILITY ANALYSIS OF NETWORKED SYSTEMS WITH PACKET DROPOUT AND TRANSMISSION DELAYS: DISCRETE‐TIME CASE

This paper analyzes the stability of networked control systems (NCSs) with data packet dropout and transmission delays induced by communication channels. Discrete‐time NCSs with data packet dropout and transmission delays are modeled as linear systems with time‐varying delays. Sufficient conditions for the stability of the NCSs are established in terms of linear matrix inequalities (LMIs) by using the Lyapunov function method. The case of NCSs with multiple‐packet transmission is also studied. A numerical example is presented to illustrate our proposed approach.