网络控制系统中动态调度策略与控制器的综合设计

针对CAN网下的网络控制系统（NCS），提出一种动态闭环调度策略．通过网络监测器周期地在线获取当前的网络服务质量，估计当前可利用的网络带宽等参数，实时地调整控制系统的采样周期以适应网络中信息流的变化。将采用动态闭环调度策略的变采样周期NCS建模为一类具有参数不确定性的离散系统，研究了系统的鲁棒稳定性和控制器的设计方法．仿真结果表明所提出的综合设计方法对改善网络的运行能力和保证系统稳定性是有效的。     

网络控制系统的一种变采样周期动态调度策略

提出一种基于网络运行状态的网络控制系统动态调度器的设计方法．首先利用监测器在线获取当前的网络利用率、网络诱导误差和数据包执行时间，基于获取的网络状态，预测下一监测周期内的网络利用率和数据包执行时间．然后按照网络运行性能和控制性能的需求，基于网络利用率和数据包执行时间的预估值分配网络资源，计算控制系统新的采样周期．当数据包传输发生冲突时，采用MEF（Maximum Error First）作为辅助调度策略，确定数据包的发送优先级．最后通过一组仿真结果验证了所设计的动态调度器的有效性．     

多回路网络化控制系统级联反馈调度

针对动态环境下的多回路网络化控制系统，本文基于反馈控制与网络调度协同设计的思想，提出一种级联反馈调度策略．以优化系统整体控制性能为目标，根据可用带宽资源的动态变化，对控制回路采样周期进行在线调节，将截止期错过率控制在期望的较低水平，并对可用带宽进行优化分配．仿真实验结果表明，相对于传统设计方法，该方法能够明显改善整体控制性能．     

基于传输误差的网络控制系统调度方法

提出一种基于网络传输误差的控制系统调度方法,分析经典的静态和动态调度策略,给出通信网络的可调度性判据和网络调度下的控制性能稳定性约束。针对不可调度情况,使用网络监测得到网络传输误差,调整传感器的采样周期和在控制器进行数据包补偿的方法,并通过仿真实验验证该方法的有效性。     

基于Levinson-Durbin算法的变采样周期调度

由于资源受限而产生的网络时延是多回路网络控制系统面临的最严重问题之一,该时延具有随机、时变的特性,它将导致控制效果不理想,甚至使得系统不稳定。针对该问题,本文提出了基于中间插件的变采样周期调度策略,通过动态调整各控制回路的采样周期来实现网络资源的动态分配,以有效地减小网络时延,保证系统的稳定性。仿真结果表明,将该策略应用到资源受限的网络控制系统中,可以较大程度地减小随机时变时延对控制性能产生的负面影响,使得控制系统工作稳定,并有效地提高网络控制系统整体的控制性能。     

分布式网络化控制系统优化协同设计

网络化控制系统的性能不仅与控制器的设计有关还与网络QoS有密切的联系;针对基于CAN总线协议的多闭环控制系统共享网络带宽的控制与资源调度协同设计问题,首先给出连续控制系统性能指标与传输延迟、采样周期的近似线性关系,然后以此为目标函数,以不可抢占RM可调度性和控制系统稳定性为约束条件,分配网络带宽,使控制系统整体性能最优,并对得到的传输周期进行谐调化处理,提高网络利用率;采用资源预留方法在不影响周期数据实时性的前提下,保证非周期数据的平均响应时间;最后将协调设计结果应用于某基于CANopen协议的分布式控制实验系统,控制3组倒立摆,通过研究脉冲响应并已有的调度策略比较说明了所提出策略可以有效提高控制系统性能及带宽利用率.     

资源约束系统的信息调度及其渐近稳定性

对于通信约束的网络控制系统,应用通信序列的概念和混合逻辑动态的构架,将其建模成一类集成控 制和调度的资源约束离散线性周期系统．给出了这类系统网络信息的可调度条件,并基于线性矩阵不等式设计动态 反馈控制律．仿真表明,该方法能够在网络信息的周期调度下使闭环系统渐近稳定．     

具有时变采样周期的网络控制系统的H∞控制

研究了具有时变采样周期的网络控制系统的H∞鲁棒控制器设计问题．提出了基于变采样周期的切换方法（采样周期在有限集合内切换），并利用该方法将存在时变采样周期、长时延以及丢包的网络控制系统建模为切换系统．在此基础上，通过把一个非凸的可行性问题转化为受线性矩阵不等式约束的多目标优化问题，研究了网络控制系统的H∞控制器设计方法．仿真结果验证了基于采样周期切换的H∞控制器设计方法的有效性．     

资源受限的网络控制系统调度

结合具有多控制回路的网络控制系统框架结构,设计了反馈调度器以实现调度策略.根据控制性能最优化要求,分析了系统的可调度性.通过实时调整各控制回路的采样周期,采用优先级分配方法,在线优化多控制回路的网络控制系统性能.通过对3个控制回路组成的网络控制系统进行仿真实验,验证了可调度分析和调度策略的有效性.     

网络化控制系统的时变采样及反馈调度策略

多处理器网络化控制系统中,信息传输的时延是使控制性能变差的主要原因之一。改进型混合调度算法通过在一个基本采样周期内的多次采样,形成时变的采样周期,缩减信息传输的截止期,可使信息传输的时延大为减少;同时构建网络化控制系统的反馈调度模型,通过调节基本采样周期,及时调度信息传输,能使网络的空闲时间始终保持在一个合理状态。仿真结果表明,网络利用率有所提高,网络化控制系统的动态性能有所改善。     

带有通讯约束的网络化控制系统容错控制技术研究

文中研究了针对具有通讯约束的网络化控制系统存在执行器增益故障的容错控制问题. 提出一种静态调度策略, 利用周期通讯序列的方法调度网络资源及网络可用通道. 该研究的创新处在于首先将具有周期通讯序列及执行器故障的网络化控制系统建模为一个周期的切换系统, 并提出了基于调度依赖的利亚普诺夫函数方法对系统容错控制器进行设计. 由于调度策略使得在每个采样时刻存在数据丢失, 文中分别利用0值和上一时刻采样值替代所丢失的数据. 更进一步的, 当考虑控制对象存在外界能量有界干扰时, 分别就上述两种情况讨论了其鲁棒容错控制器的设计问题. 最后, 通过仿真实例证明了所提方法的有效性.     

无线网络化系统自适应能量调度与协同控制

无线网络化系统（wireless networked control system,WNCS）中节点能量受限是影响系统性能的重要因素．本文提出了一种自适应能量调度方法解决节点能量与控制需求问的矛盾,在采样周期与能量消耗之间关系的基础上,利用动态采样周期实现能耗的实时调节,满足节点生存时间的需求．进而,将自适应采样的WNCS建模为一类具有短暂不确定切换信号的离散切换系统,采用切换状态反馈控制律,利用切换系统理论分析了系统的稳定性,给出了系统渐近稳定时控制器增益与滞留时间需要满足的约束条件．最后在Truetimel．5和MATLAB仿真平台上验证了文中提出的方法和结论．     

基于动态通信调度的网络化系统最优控制

针对存在介质访问约束的网络化控制系统,研究其中的控制和通信协同设计问题.将网络化控制系统建模为输入矩阵随介质约束而变化的切换系统,运用最优控制理论和切换系统分析方法,设计了可动态调度的最优控制器及实时切换规则,并分析了动态调度下闭环网络化控制系统的稳定性,最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

Hybrid Scheduling and Quantized Output Feedback Control for Networked Control Systems

A novel co-design scheme of hybrid scheduling strategy, adaptive logarithmic quantizer and dynamic robust H-infinity output feedback controller for a class of networked control system (NCS)with communication constraints and time delay is proposed. The hybrid scheduling scheme integrates dead zone scheduling and Try Once Discard (TOD) scheduling so as to get the stronger adaptability and flexibility than the single scheduling. In this scheme, dead zone scheduling which updates the threshold according to mode-dependent control strategy is used for single node of NCS to reduce the network bandwidth utilization while TOD scheduling is used for the whole node of NCS in order to meet the requirements of communication constraints and guarantee the overall system performance.We develop the integrated design for the hybrid scheduling strategy, adaptive quantizer and dynamic robust output feedback controller to maintain asymptotic stability of the closed-loop NCS by using the multiple-Lyapunov function and switched system theory. The proposed method can improve the the quality of service (QoS) meanwhile ensure the quality of control (QoC) of overall systems, which make a better trade-off between network utilization and control performance. An simulation example demonstrates the efficiency of the proposed method.     

Dual scheduling and quantised control for networked control systems with communication constraints

A novel integrated design scheme of average dwell time scheduling strategy, dynamic bandwidth allocation policy and quantised control for a collection of networked control systems (NCSs) with time delay and communication constraints is proposed in this paper. A scheduling policy is presented to accommodate the limitation of communication capacity which depends on the convergence rate of closed-loop system and divergence rate of open-loop plant. Linear programming technique is adopted to dynamically allocate bit rate for each node and the strategy is used to make trade-offs between the network utilisation and the control performance which provides an effective way of optimising the quality of control (QoC) and the quality of service (QoS) for NCSs. Mid-tread uniform quantisers update the quantisation rules according to the assignment of the bit rate and convert the quantised state into a kind of input saturation with bounded disturbances. Taking into account the effect of dual scheduling strategy and quantisation, the NCSs are modelled as discrete-time switched systems with bounded disturbances. Furthermore, a scheduling and quantised feedback control co-design procedure is proposed for the simultaneous stabilisation of the collection of networked subsystems. Finally, a simulation example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.