网络控制系统消息时延的仿真研究

网络时延是网络控制系统(NCS)面临的首要问题,由于受MAC机制、网络负载、网络调度等因素影响,该时延一般是时变和不确定的.传统控制系统仿真软件难以客观反映网络时延的变化,无法用于NCS时延的仿真分析.应用TrueTime仿真工具,对NCS网络时延的主体-消息时延进行仿真研究.首先,给出了利用TrueTime进行NCS仿真的结构框图,分析了TrueTime内核模块和网络模块的功能特点;其次,针对一个具体的NCS,建立了TrueTime仿真模型;最后,通过仿真试验,研究了NCS消息时延的变化特性,所得结论可以指导NCS的分析与设计.     

基于Internet的网络控制系统端到端时延分析

端到端时延是影响基于Internet网络控制系统(NCS)稳定性的一个重要因素。该文通过OPNET建模仿真，分析了系统的端到端时延特征、时延组成及时延瓶颈。讨论了不同的数据包大小对端到端时延的影响及其原因，把该时延用于一个NCS仿真实例，分析了其对系统稳定性的影响。在NCS的设计过程中，明确端到端时延特征有助于提高系统的稳定性。     

基于TrueTime工具箱的网络控制系统时延分析

首先给出了网络控制系统时延分析,然后介绍了基于MATLAB／Simulink的网络控制系统仿真工具——TureTimel．5的安装及使用方法。以直流伺服电机为被控对象,采用PID控制器,构建一个网络控制系统时延仿真模型,讨论了Ether-net、CAN、RoundRobin和Switched Ethernet四种网络模型条件下,网络时延和系统输出仿真结果。结果表明,此仿真平台有助于网络控制系统时延分析,也对进一步研究NCS时延补偿技术提供了有利的保障。     

存在通信约束和时延的多输入多输出网络控制系统镇定研究

讨论了一类存在通信约束和时延的多输入多输出网络控制系统（NCS）的建模和控制问题.该NCS具有多个传感器和执行器，由于网络通信受限,在同一时刻只能允许部分传感器和执行器访问网络.传感器和执行器访问网络的过程可以用两个马尔可夫链来描述,并且在假设传感器—控制器时延和控制器—执行器时延均为短时延的情况下,将整个闭环NCS建模成一个具有两个模式的马尔可夫切换系统.基于LMI技术和李亚普诺夫方法,给出了闭环NCS随机稳定的充分条件,并给出了状态反馈控制器的设计方法.最后的数值算例验证了所提方法的有效性.     

网络控制系统研究综述与前景展望

介绍了网络化控制系统（networked control system, NCS）出现的背景，综述了NCS面临的基本问题和现状，整理了近年来NCS分析与综合方面的研究成果和最新进展．描述了NCS的模型、特点、时延、丢包、稳定性、网络调度等内容，归纳了现有的研究方法．对TrueTime和NS2等仿真工具做了比较详细的阐述．最后，论述了NCS研究中尚待解决的问题，展望了网络控制系统未来的发展前景．     

网络控制系统的控制器设计方法概述

网络时延是网络控制系统（NCS）中存在的基本问题,克服网络时延的影响是设计网络控制系统的控制器首先要解决的问题。为此分别从短时延网络控制系统和大时延网络控制系统2个方面,重点分析了近年来网络控制系统控制器设计的研究现状和成果,总结了现有的研究方法,讨论了最新研究进展,指出存在的问题,并对未来的发展方向进行了展望。     

一类短时延网络控制系统的建模和稳定性

由于网络控制系统NCS引入网络后造成系统时延而造成系统的不稳定性。本文针对一类短时延NCS中,为保证系统的全局稳定问题,研究了该短时延系统的时延有界性。同时,证明了在输出反馈的条件下,分析了系统的闭环稳定性充分必要条件。最后,文章也通过Matlab对被控对象进行仿真实验,进而证明了文中的结论。     

自适应Smith补偿器在基于IP的网络控制系统中的应用

在基于IP网络的网络控制系统(NCS s)中,网络诱导时延变化显著且往往大于一个采样周期.本文引用数据通信中应用广泛的网络回程时间来估计NCS s中时变的全回路网络诱导时延,并提出了一种新的自适应Sm ith补偿器.仿真结果表明,该补偿器能够有效地消除网络诱导时延变化对控制性能的负面影响;结合该自适应Sm ith补偿器所设计的控制系统能够获得很好的控制性能与较强的鲁棒性.     

动态矩阵控制在网络时延补偿中的应用研究

在网络控制系统中,随机传输时延大大降低了系统的控制性能,并导致系统的不稳定.针对以太网在网络控制系统中的随机传输时延问题,提出了一种基于DMC的NCS时延补偿控制方案.该方案采用DMC算法设计控制器,同时通过网络时延补偿器和动态缓冲器整定控制量,使系统输出能迅速跟踪突变输入.利用TureTime工具箱进行仿真实验,结果证明了该算法在处理网络控制系统的时延问题时具有有效性和可行性.     

具有随机时延和丢包补偿的NCS的H∞控制

给出一个存在随机时延和数据包丢失的网络控制系统（Networked Control System, NCS）模型，并分析了其渐近稳定的LMI条件．为了降低数据包丢失对系统稳定性的影响，在系统中增加了补偿器，并建立了具有丢包补偿器和随机网络诱导时延的NCS模型．在此模型的基础上，给出了系统渐近稳定和γ次优、最优的充分条件，并且获得了系统最优H∞控制的输出反馈控制律．对同一算例进行Matlab仿真，结果表明具有丢包补偿器的NCS趋于稳定的速度更快．     

网络控制系统的时延预估器及稳定性分析

针对网络控制系统中网络延时对系统的影响,分析了两种网络延时的特点,建立了网络时延预估模型,重点对从控制器到执行器的网络延时的不确定性进行了预估分析,进而将不确定性延时的网络控制系统转换为确定时延时,并且通过分析系统的时滞离散方程的矩阵特征值的特性,给出了离散系统方程的稳定性条件。最后通过数值例子验证了该方法的有效性。     

具有随机长时延的网络控制系统保性能控制

本文研究了一类具有随机长时延离散时间网络控制系统(NCSs)的建模和保性能控制问题.用两个马尔可夫链分别来描述反馈通道和前向通道的网络诱导时延,基于采用现有最新数据的原则,将闭环NCS建模成一个与当前时刻和过去时刻网络诱导时延有关的马尔可夫随机时滞系统.应用线性矩阵不等式技术和李亚普诺夫方法得到了闭环NCS随机稳定且具有二次性能指标上界的充分条件,并给出了状态反馈保性能控制器的设计方法.最后,通过数值算例验证了本文方法的有效性.     

Genetic algorithm-based dynamic reconfiguration for networked control system

This paper represents a genetic algorithm (GA) based dynamic reconfiguration for networked control systems (NCS) with the objective of minimizing network time-delay. With the development of NCS, it is become more and more important for them to have the minimum time-delay and the ability of dynamic reconfiguration, which can accommodate the changes rapidly, smartly and flexibly. And it is important to find a routing algorithm, which is quicker to reduce the time to update the router and decrease the reconfiguration time as much as possible. In this paper, based on NCS, we discuss the process of GA with specialized encoding, initialization, selection, crossover and mutation. A specialized repair function is used to improve performance. In addition, experiment results are given to illuminate that GA can improve the performance of the NCS. This work was supported by grants from the National Natural Science Foundation of China (No.60674081 and No.60574088).     

一类具有状态反馈NCS的H∞优化控制

研究一类网络控制系统(NCS)的H∞优化控制问题.状态反馈是兼顾系统性能和敏感性的最有效的控制方式,因此,针对一类不确定时延和有限能量干扰输入的状态反馈NCS,将其建模为不确定的线性时滞系统,并利用Lyapunov理论和线性矩阵不等式(LMI)研究H∞优化控制问题.首先给出NCS的鲁棒稳定的充分条件;然后给出NCS状态反馈次优和最优H;∞控制律的设计方法.仿真结果表明了该方法的可行性和有效性.

Abstract：

The H∞ optimal control problems of a class of networked control systems(NCS) is studied. The statefeedback is the most effective control mode, which combines system function and sensibility. Therefore, a class of state-feedback NCS with uncertain time-delay and limited energy disturbance input is modeled as the uncertain linear time-delay system. Then by using the Lyapunov theory and LMI, the problems about the H∞ optimal control are researched. The sufficient condition is first given for the robust stability of networked control system, and then the design methods of NCS state-feedback suboptimum and optimum H∞ control laws are obtained consequently. The simulation results show the feasibility and effectiveness of the results.     

网络控制系统的能控性与能观性

针对随机时变时延的存在使得网络控制系统的分析变得非常复杂，传统的控制理论在应用到网络控制系统中时必须重新考虑的问题，通过在传感器和控制器的发送端和接收端引入缓冲器的方法，将网络控制系统中随机时延转化为确定性时延，在此基础上研究了网络控制系统的能控性和能观性，并给出了网络控制系统能控和能观的充分必要条件。该方法可推广至其他的时延系统中去。     

基于网络控制系统平均时延的模糊控制器设计

针对网络控制系统(NCS)中的随机时延问题,根据实际网络时延的分布情况,提出一种新的具有随机时廷的网络控制系统的建模方法--离散T-S模型,并在此基础上应用并行分布补偿原理(PDC)设计模糊控制器.同时提出一种新的模糊控制系统隶属函数的确定方法,利用Lyapunov定理和线性矩阵不等式(LMI)研究系统的稳定性问题,给出了基于LMI的模糊控制器的设计方法.最后通过仿真实例验证了该控制方法能使具有时延的网络控制系统稳定.     

MIMO网络控制系统的指数稳定性

研究具有时延和数据包丢失的多输入多输出网络控制系统的指数稳定性和控制器设计问题.对在传感器与控制器、控制器与执行器间皆有时延和数据包丢失的网络控制系统结构进行了简化,建立了动态输出反馈网络控制系统模型.基于异步动态系统理论、Lyapunov稳定性原理和线性矩阵不等式方法导出网络控制系统指数稳定的半负定矩阵条件和动态输出反馈控制律设计方法.数值算例说明结果是可行的.     

网络化控制系统的研究现状与展望

随着网络技术的发展，网络化控制系统日益成为人们关注的课题，特别是目前工业以太网所取得的进展引起人们广泛兴趣。介绍了网络化控制系统的发展过程，在综述网络化控制系统研究现状的基础上，对网络化控制系统的建模、状态估计、信息时延、调度算法、通信约束等方面进行了深入分析，并对其中的建模、网络信息调度的最优化、网络环境下控制理论研究、应用研究等方面的未来发展作了展望。     

基于输出反馈的不确定NCS鲁棒容错控制

研究了一类具有网络诱导时延和参数不确定性网络化控制系统鲁棒容错控制问题.基于将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵不确定性的NCS模型,同时考虑系统参数不确定性对系统的影响,应用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用输出反馈控制策略,推证出了保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生故障时仍渐进稳定的充分条件,并以求解线性矩阵不等式组给出了容错控制器的设计方法,最后用仿真算例验证了此方法的可行性和有效性.     

网络控制系统时延分析现状

对网络控制系统中的时延分析进行了研究,从时延的产生机理、解决措施以及其与系统稳定性的关系三个角度介绍了当前的研究状况,最后指出了时延分析进一步可能的研究方向。