网络化控制系统研究现状与展望

网络化控制系统最主要的结构特性是系统的反馈通过网络构成闭环,比传统控制系统具有安装成本低廉、易于维护、系统灵活可靠等优点;同时,网络传输的引入,使得网络化控制系统研究更加复杂,传统控制理论成果难以直接应用到网络化控制系统中.本文介绍了网络化控制系统的研究现状及未来发展方向.     

网络化控制系统的研究综述

通过实时数据通信网络形成闭环回路的控制系统称为网络化控制系统(NCS)。文章系统地阐述了网络化控制系统的产生和发展,分析了网络化控制系统的特性。通过对当前的研究现状分析着重介绍了网络控制系统的控制方法,最后对网络化控制系统的未来发展作了展望。     

非线性网络化控制系统的鲁棒跟踪控制

研究了一类离散时间非线性网络化控制系统的鲁棒跟踪控制问题.在数据传输中,同时考虑了网络诱导时延和数据丢包等网络特征,并将连续时间控制系统的时滞输入方法用于离散时间网络化跟踪控制系统的建模中.利用并行分布补偿技术并且考虑到模糊鲁棒跟踪控制器的激活机制,建立了这类系统跟踪控制的符合系统运行机制的模糊模型.基于Lyapunov稳定性理论,首先针对这类跟踪控制系统的名义模型建立一个镇定条件,使得其满足一个给定的H∞跟踪性能,然后以线性矩阵不等式的形式给出鲁棒跟踪控制器的存在条件.仿真示例说明了所提跟踪控制方法的有效性.     

网络控制系统中采样周期问题的研究

分析了网络化控制系统中采样周期的研究现状,整理了采样周期为常数、时变的网络控制系统模型、控制器设计及控制算法与调度联合设计的研究方法及成果,并比较了不同方法的优缺点.同时,对多速率采样研究成果进行简要的介绍,并论述了网络控制系统中采样周期研究中尚需解决的问题,展望了网络控制系统中对该问题的可能研究方向.     

一种输出反馈网络化控制系统及其稳定

为克服网络化控制系统中网络造成的信息反馈不及时问题,提出一种输出反馈网络化控制系统.通过引入被控对象的输入输出模型和缓存器,该系统在网络畅通时刻可利用对象的实际输出计算控制量并刷新模型,而在不能获得反馈信息的情况下,则利用对象模型的输出值近似代替对象的输出值计算控制量.在被控对象为单输入/单输出(SISO)且对象和模型存在误差的情况下,推导出使该输出反馈网络化控制系统闭环稳定的充要条件.仿真结果表明,利用该充要条件,可以很容易得到使系统稳定的模型误差范围.     

模糊PID算法在网络控制系统中的应用

在网络控制系统中,传统PID控制方法的参数的非线性增加了对其参数的调整难度。搭建了基于模糊PID控制的网络化控制系统平台,对模糊自适应PID控制算法在网络化控制系统中的参数整定进行了研究,确定了变量隶属函数。在Matlab环境下利用TrueTime工具箱和fuzzy模糊控制模块对传统PID控制算法和模糊自适应PID控制算法进行了仿真比较,结果表明模糊PID控制算法明显地改善了控制系统的动态性能,并且此方法易于实现,便于工程应用。     

网络多媒体教学系统开发应用实例分析

为华东理工大学新校区设计并实现了一个多媒体网络教学系统.该系统采用北京华讯的WISE IC801网络中央控制系统和卓越实时录播系统来实现多媒体教室集中控制及网络化远程控制、精品课程实时录播及资源共享,提高了学校的教学和管理效果.     

特约主编寄语

正网络化控制系统通常由一个用于信息传输的通信网络和诸多用于信息采集和实施的节点构成,具有柔性好、易于安装与维护、成本低等优点。网络化控制系统在机器人、交通运输、远程教学和实验、远程医疗、制造业等领域得到了广泛的应用。近几年来,随着智能制造在全球范围内的快速兴起,以及物联网、大数据及云计算等技术的快速发展,网络化控制系统的内涵、研究内容以及应用范围都不断地在发生变化。在我国改造和提高传统     

网络控制系统多变量DMC算法的稳定性分析

针对网络化控制系统(NCSs),研究具有多输入多输出的动态矩阵控制(DMC)算法的闭环稳定性问题.首先,基于有限脉冲响应(FIR)模型导出了系统前向通道和反馈通道上均存在随机网络诱导时延的网络化DMC算法;其次,利用线性矩阵不等式(LMIs)方法分析该多变量网络化DMC算法的稳定性,将系统稳定性问题转化为一类求解LMI方程的可行解的问题,进而建立网络化DMC闭环系统的稳定性充分条件.最后,通过数值仿真实验验证该稳定性结论的有效性.     

动态网络分布式控制研究

针对分散控制方式无法实现子系统之间的信息交换的问题,将分布式控制应用于网络化系统,以实现子系统之间的信息交换和提高网络的性能;并证明了在动态网络分布式控制系统中,添加通信链接并不是总有意义的.将所得到的理论结果,结合到一个简单的网络化系统,进行数值仿真.结果表明:与分散控制相比较,网络分布式控制更能提高整个网络系统稳定性的收敛速度.     

基于NetCon的网络化预测补偿控制算法及其应用

网络控制系统（Net-worked Control Systems,NCS）是指传感器、控制器和执行器通过网络形成的闭环反馈控制系统。介绍了以NetCon控制器为基础的应用于NCS的网络预测控制算法,详细阐述了预测控制算法的设计与实现过程,分别以双容水箱系统和直流电机系统作为控制对象将该算法应用到了实际系统中,实现了网络化控制,证明了该网络预测控制算法的有效性。     

网络控制系统中采样周期的优化选取方法

对网络环境下的控制系统时延进行了分析,讨论了系统采样周期和网络时延对网络控制系统的影响,以优化控制系统性能为目标,以网络的可调度性为条件,结合系统控制与网络调度,给出了NCS的优化模型和采样频率的求取方法,并给出了优化实例。结果表明:该调度算法既满足了控制系统的性能,又优化了网络调度,提高了网络资源的利用率,为选择网络控制系统采样周期提供了指导方法。     

网络控制系统调度与控制综合设计研究综述

网络控制系统的设计需同时考虑信息调度和控制性能两个方面。针对网络控制系统中这两方面的综合设计,首先分析了网络控制系统的信息调度研究现状,阐述了现有控制网络调度算法的工作方式和特点。接着从提高网络控制系统综合性能的角度,分析和评价了网络控制系统中调度与控制综合设计的研究成果。最后,提出以兼顾控制性能质量(QoP)和网络服务质量(QoS)为目标的网络控制系统综合性能优化是系统设计的重点,并对网络控制系统综合设计研究的发展方向予以展望。     

基于TTCAN和NCS的鱼雷制导系统结构

研究了时间触发的CAN总线、网络控制系统和基于网络控制原理的鱼雷制导系统。对于基于时间触发的TTCAN，详细分析了高层协议及工作原理。提出基于NCS的鱼雷制导系统一般性结构和设计方法，通过仿真分析了鱼雷网络控制系统存在的时延和数据包丢失等稳定性问题。通过对鱼雷网络控制系统结构、实时网络通信协议和规范的研究，指出NCS将是下一代全数字鱼雷的重要技术基础和结构。     

一类长时延网络控制系统的无源控制

目的将无源控制引入网络控制系统,研究一类长时延网络控制系统的无源控制问题.方法运用线性矩阵不等式(LMI)和Lyapunov理论,推导闭环系统渐近稳定且满足无源性的充分条件及无源控制器的设计方法.结果提出了一类长时延网络控制系统的模型,分析了闭环系统渐近稳定且满足无源性的充分条件,并给出无源控制器的设计方法.结论通过设计无源控制器,使长时延网络控制系统的性能有了很大改善,通过Matlab数值仿真算例,证明了分析方法和结论的有效性.     

考虑网络丢包的网络化控制系统的广义预测控制

针对丢包现象影响网络化控制系统（NCS）稳定性的问题,设计了一个基于单边网络的广义预测控制器（GPC）．该控制器通过滚动优化确定一系列控制动作,利用该控制作用对基于模型的预测值进行修正,最终计算出向前N步的控制数据,以此来弥补数据丢失给系统带来的影响．经过仿真实验证明在网络存在丢包的情况下,NCS系统仍然能够达到稳定．     

基于Fuzzy-AHP的网络控制系统时延特性评估

基于模糊层次分析法,网络控制系统参照ISO/OSI模型,结合实际控制系统的需要进行了一定的简化,将数据传输的内部时延分为8种,外部延迟分为5种;通过求取某一层相对于总目标的相对重要度,得出了NCS时延的相对重要度,由此确定NCS的主要时延源和极小时延源.这种方法克服了对时延的盲目假设,以利于NCS的时延分析.     

基于TrueTime工具箱的网络控制系统及其在电机控制上的应用

在引出了网络控制系统概念的基础上,分析了网络控制系统的特性及存在的问题,介绍了NCS的仿真工具箱TrueTime的组成、功能、以直流电机为对象,建立了一个基于TrueTime的NCS仿真模型,并进行了控制仿真分析。     

具有数据包丢失的NCS反馈调度研究

网络化控制系统数据包丢失会导致控制系统性能下降与网络资源利用率降低。该文分析了网络化控制系统的数据包丢失问题,基于网络利用率,采用反馈调度方法,动态调整网络化控制系统控制任务周期,在线分配网络资源,实现调度与控制的集成,提高了网络资源的利用率与控制系统性能,仿真结果表明该方法的有效性。