基于延时预测的模型状态反馈网络控制方法

网络延时的存在不仅会使控制系统的动、静态性能变差,还可能会破坏系统的稳定性,造成既有控制方法的失效。针对带有随机延时的网络控制系统,提出了一种基于网络延时实时预测和系统状态逼近的控制方法。首先,建立无延时的理想控制系统模型作为标准控制系统模型;其次,应用基于隐马尔可夫模型(HMMs)的延时预测算法预测网络延时,该方法能够实时自适应学习,以适应网络负载情况的变化,得到更符合实际情况的延时预测值;最后,根据网络延时的预测值、实际网络控制系统与标准控制系统模型的状态之差,来调整控制信号,从而使实际网络控制系统的状态与标准控制系统模型接近、甚至相等,达到期望的控制效果。数字仿真结果表明,这一方法是可行的,能够获得更加快速的动态性能和稳定的静态性能。     

基于最优灰色预测的网络控制系统研究

具有随机不确定性网络延时是网络控制系统的重要特点,也是需要解决的首要问题。本文采用灰色预测模型对网络延时建模,并根据最优化理论对其优化,结合预测函数控制实现网络控制系统的控制算法。最后使用True-time软件包和MATLAB进行算法仿真。仿真结果验证了该算法对网络控制系统各种延时具有良好的补偿效果。     

基于MPC网络控制系统的设计与稳定性分析

针对网络延时的问题,本文提出了一种改进的模型预测控制方法.该方法是利用MPC(模型预测控制)预测的将来控制信号来补偿前向通道出现的延时或中断,同时用一个预测器来补偿反馈通道延时.文中描述了它们的控制特性并讨论了该网络控制系统的稳定性,并用实例仿真验证该方法的可行性和有效性.     

LQG算法在双容水箱网络控制系统中的应用研究

针对网络控制系统中由于随机延时而导致系统不稳定的问题,描述了网络化预测控制系统的设计和实现.首先用机理法建立了双容水箱的数学模型,然后通过LQG算法调整到较好的控制参数,最后设计网络预测控制器和网络延时补偿器来补偿随机延时,使系统控制性能得到了较大的提高,取得了较好的仿真效果.     

基于网络控制的球杆系统模糊控制器设计

针对网络化控制系统中存在的网络延时的不确定性,提出了如何根据系统的控制性能要求处理网络传输过程中网络延时的时变特性.通过对网络环境的分析,把网络延时进行分段序列化,使时变的网络延时转换成一个固定延时序列.在球杆系统本地化控制中加入固定延时,获取不同延时情况下球杆系统的最佳控制参数.在网络控制中,通过捕获的网络延时查找最...     

球杆网络化控制系统的延时分析与控制方法研究

对球杆系统进行了机理建模,并针对球杆网络化控制系统网络负载小、节点少、带宽冗余等特点,从网络通信原理的角度分析了网络延时的不确定性,结合测试结果提出了具有时变性、分段保持性延时特征的网络环境的假设.在这个前提下,将网络分布时延转换为前向通道上的单一时延.在此基础上提出了球杆网络化控制系统的根据延时分段补偿控制的策略及在...     

网络化预测控制系统的设计和实现

网络预测控制器主要包括一个含在线辨识器的预测控制产生器和一个网络延时补偿器.他可以在没有同步延时策略的情况下克服网络控制中前向通道和反馈通道中的随机延时和丢包现象.本文通过对网络化直流电机控制系统进行在线仿真和实物实验.证明该算法的有效性.     

改进DMC在远程网络化过程测控系统中的应用研究

针对Internet网络测控系统的网络延时、时序错乱和数据丢包现象,引入时间序列分析方法,构建了DMC多步预测控制模型;采用时间序列排序与插值,解决时序错乱和数据丢包问题;对于系统的反馈通道延时,提出基于信息缺失下的改进DMC多步预测控制,减小其影响;对于系统的前向通道延时,在新的控制信息未到时,利用多步预测的第N步信息顺序控制。整个系统通过TRU-ETIME仿真,当网络延时在20倍采样周期内时,系统控制实时。结果表明改进DMC在减小网络延时、时序错乱和数据丢包对系统的影响是可行的。     

BP网络在远程控制调速系统中的应用研究

针对由于网络传输中客观存在延时或故障,造成基于Internel的远程控制系统控制指令或状态信息的丢失或者延时到达目的地的情况,采取了智能方法弥补。为了解决不确定性变化的网络延时对基于互联网的双闭环直流调速系统性能的影响,在系统中增加基于改进BP算法的预测环节,以改善系统的动态性能和保持系统的稳定性。仿真研究表明,增加BP预测环节法实现简单,能够在保证系统稳定性的同时缩短系统的过渡过程。     

基于因特网远程控制的Smith补偿和缓冲技术

本文对基于因特网的远程控制系统框图进行化简,使前向延时和反馈延时合并为总延时,这样系统只需设计一个补偿器,系统设计得到了简化,并采用smith补偿器进行补偿控制,改善了系统品质。对于网络延时的不确定性,在现场控制的计算机内采用了缓冲技术,将不确定延时转化为固定延时,即使在不进行网络延时的预测,也能达到较好的控制效果。     

具有时变通信受限非线性信息物理系统的网络化预测控制

针对具有时变通信受限的一类非线性信息物理系统,本文采用网络化预测控制策略,对于时变通信时延和数据丢失,不是使用常规的被动方式抑制,而是进行主动补偿.为了使补偿时变通信受限的方式简单、主动和通用,提出了一种新颖的网络化非线性预测控制方法.所设计的网络化非线性预测控制器能达到具有与无网络的本地闭环控制系统完全相同的期望控制...     

网络控制系统中在线时延测量及时延补偿

为了克服网络控制系统中随机时延对控制性能产生的影响,提出了基于在线时延测量和一步预测输出(基于在线参数辨识)的随机时延补偿方法。通过对以太网中随机时延的分析,提出一种在以太网中不存在同步时钟的情况下在线测量时延的方法;在在线辨识模型参数基础上,得到对象一步(随机时延小于一个采样周期)预测输出,从而根据测得的时延得到对象由于随机时延而引起的输出量变化;再用变化量加上对象输出量用于控制算法反馈。最后通过基于以太网控制实验平台对液位对象进行控制所得的结果,验证了时延测量方法和随机时延补偿算法的有效性。     

Design and stability analysis of networked control systems with random communication time delay using the modified MPC

This paper describes a novel control technique to deal with networked control systems with random communication time delay, which is known to highly degrade the control performance of the controlled system. This problem can be solved using a modified model predictive control, which uses the future control sequence to compensate for the forward communication time delay. Also, using a model predictor, the time delay in the backward channel can be compensated as well. Another key part of this paper is to analyse the stability of the networked control systems. The analytical criteria are obtained for both fixed and random communication time delays. The simulation results and practical experiments illustrate that the proposed controller design is realistic.     

模糊逻辑补偿的网络PI控制系统及稳定性分析

针对现代工业过程中常用的网络PI控制系统, 分析了网络所诱导的时滞对PI控制系统性能的影响, 设计了一个模糊逻辑补偿器来实现对网络所诱导的时滞的补偿. 利用Hermite-Biehler引理在准多项式稳定性问题上的推广, 研究了具有模糊逻辑补偿的网络PI控制系统的稳定性问题, 给出了使闭环系统稳定的模糊逻辑调节参数的取值范围. 仿真结果验证了理论分析结果的有效性.     

基于时延预测模型的网络补偿控制器设计*

针对网络控制系统中随机双向通道时延引起的不确定性问题,提出一种基于时延在线预测模型改进的补偿控制方法。首先,基于自回归模型构建时延预测模型,通过递推最小二乘法实时更新模型参数以预测前向通道时延,并由区间分割法获得高精度的环回时延;然后,设计状态预估器、网络预测器和时延补偿器对环回时延进行补偿,进一步提高系统性能。采用TrueTime工具箱构建网络闭环仿真系统以仿真实际的网络传输情况,同时对PI控制、传统的时延补偿控制以及改进后的时延补偿控制进行对比实验,验证该方法的优越性。     

时延网络控制系统的补偿算法和最优控制律设计

对具有随机时延和系统噪声的一类网络控制系统进行了研究和分析。针对系统存在的随机时延,分别设计出在全状态反馈方式和输出反馈方式下的状态观测器,通过状态观测器的算法补偿来实现对时延的补偿,从而获得更准确的预测估计。与此同时,基于LQG性能指标,给出了随机时延系统的最优控制律,减弱了网络时延和系统噪声对控制系统稳定性的影响,从而保证了系统的稳定性。最后,通过了实例仿真,证实了提出状态观测器进行时延补偿算法和最优控制律设计的有效性。     

Event‐triggered predictive control for networked control systems with network‐induced delays and packet dropouts

This paper presents an event‐triggered predictive control approach to stabilize a networked control system subject to network‐induced delays and packet dropouts, for which the states are not measurable. An observer‐based event generator is first designed according to the deviation between the state estimation at the current time and the one at the last trigger time. A predictive control scheme with a selector is then proposed to compensate the effect of network‐induced delays and packet dropouts. Sufficient conditions for stabilization of the networked control system are derived by solving linear matrix inequalities and the corresponding gains of the controller and the observer are obtained. It is shown that the event‐triggered implementation is able to realize reduction in communication and save bandwidth resources of feedback channel networks. A simulation example of an inverted pendulum model illustrates the efficacy of the proposed scheme.     

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。     

具有多传输通道系统的网络化预测控制

本文研究了一类具有多传输通道网络化系统的控制问题,基于网络化预测控制方法,提出了一种改进型的分布式预测补偿方式,从而更有效地利用反馈数据来提高控制系统的性能.对闭环网络化预测控制系统进行分析,得到其稳定性条件,特别地,在模型精确已知和多传输通道的时延为定常的情况下,该条件将会退化为本地控制的闭环系统稳定性条件.上述结论的好处是网络化预测控制系统中状态观测器和控制器的设计可以参考本地控制.通过球杆系统算例验证本文所提方法的正确性和有效性.     

网络化预测控制系统的设计,分析与实时实现

采用预测控制策略, 讨论网络化控制系统的设计, 分析与实时实现. 对网络化控制系统的特点进行详细分析, 表明网络化控制系统与传统的控制系统有很大的不同. 为了达到期望的闭环网络化控制系统的性能, 引入网络化预测控制方案, 并对网络化预测控制系统的设计、稳定性分析和实时实现进行深入研究. 本文采用仿真和实际实验, 展示网络化预测控制方案可以弥补随机网络通信延迟和数据丢失、达到期望的控制性能、并具有良好的闭环系统稳定性.