一类异步网络控制系统的分析与建模

针对具有异步时序和状态反馈的异步网络化控制系统，分析了在短时延单包传输、多包传输、单包传输有数据包丢失、多包传输有数据包丢失和长时延单包传输等不同网络条件下网络化控制系统的特点，在此基础上首次提出了各种不同条件下网络化控制系统的统一建模方法。这种包含系统噪声的离散状态空间模型的建立，为网络化控制系统的准
准确辨识和有效控制奠定了基础。     

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.     

多包传输网络控制系统的自适应控制器设计

由于网络中数据包丢失的时变特性,网络控制系统的建模和控制器设计变得更加复杂。针对多包传输网络控制系统的包丢失问题,引入开关矩阵,利用容错的思想建立了多包传输网络控制系统的模型,更符合实际的包丢失特性。在此基础上,利用状态反馈自适应K调制的方法为该闭环网络控制系统设计了一种新型自适应控制器,使网络控制系统达到全局渐近稳定。与一般的控制器设计方法相比,该方法简单,并且能够根据包丢失的实时特性调整相应的控制器参数,从而提高要传输的信号的收敛速度,缩短稳定时间。最后仿真算例说明了该方法的有效性。     

网络控制系统的对象建模

网络控制系统(NCS)中的被控对象是包含工业控制对象和通讯网络的广义被控对象,其模型是时变不确定的,十分复杂。在考虑了单包传输、多包传输、数据包丢失、延时、随机干扰等情况下,用一种统一的形式,建立网络控制系统的模型。对广义被控对象进行分析和建模有利于网络控制系统控制器的分析和设计。在实际工程应用中在分析了NCS网络特性基础上。皆可按该方法对广义被控对象建模,然后再进行控制器设计。     

短时延多包传输网络控制系统的稳定性分析

提出一种短时延多包传输网络控制系统的建模方法.把多包传输网络控制系统建模为具有一定切换规则的线性切换系统模型.利用切换系统理论和鲁棒稳定性理论，得到多包传输网络控制系统的渐近稳定性判据,并首次提出周期动态输出反馈镇定控制器的设计方法.最后通过数值算例证明文中结论的可行性和有效性.     

一类网络控制系统的建模及分析

网络控制系统由于将通信网络引入控制系统的闭环反馈中，使得对其的分析、仿真和设计非常复杂。作为这些工作的基础，对网络控制系统如何建模以及建立合适的模型，意义尤显重要。在给出一定合理假设的条件下，对通信网络只存在于传感器和控制器之间的一类网络控制系统结构进行了分析，建立了其适当的数学模型。考虑到网络控制系统中通信网络的存在会导致多数据包传输的情况，因此在给出模型的基础上，又建立了多数据包传输的网络控制系统模型，并做了分析。     

多包传输网络控制系统的对象建模

由于将通讯网络的引入,不可避免地引起传输延时。网络传输延时的存在使网络控制系统的分析和设计更加复杂和困难,尤其是多包传输的网络控制系统。在分析网络多包传输原因的基础上,研究了多包传输网络控制系统的对象建模。系统中传感器采用时间驱动的方式,控制器和执行器采用事件驱动的方式。在考虑系统噪声和网络诱导延时大于一个采样周期的情况下,给出了多包传输的网络控制系统模型。此模型可以用来分析系统的性能。     

一类多包传输网络控制系统的设计及稳定性分析

根据现场总线网络的传输特性，提出了一种适用于多包传输网络控制系统的设计方法，即控制器和传感器节点采取时间驱动方式工作，执行器节点采用事件驱动方式；将多包传输网络控制系统建模为切换控制系统．然后基于切换系统分析方法和稳定性理论得出了网络控制系统指数稳定的充分条件．最后，通过实例分析证实了本文所提设计方法的可行性，以及理论的正确性．     

具有长时延及丢包的网络控制系统稳定性分析

研究了同时具有大于一个采样周期的随机传输时延及数据包丢失的网络控制系统的稳定性问题．对于给定的数据包丢失率,网络控制系统被建模为具有两个事件速率约束的异步动态系统，利用异步动态系统理论给出了网络控制系统指数稳定的充分条件,状态反馈控制器可通过解一组矩阵不等式求出．仿真示例验证了所提出方法的有效性．     

具有时延和数据包丢失的动车组网络控制系统建模方法研究

提出了一种具有时延和数据包丢失的动车组网络控制系统(NCSs)建模方法。假设网络时延小于采样周期,数据包传输成功率是固定的。动车组网络控制系统可以被描述为一个事件驱动的异步动态系统,使用动态输出反馈控制方法,讨论了闭环网络控制系统的稳定性。     

传输时延和时钟同步对以太网控制系统的影响

在分析报文传输时延和时钟同步精度对EPA网络(工业以太网)控制系统的实时性和稳定性的影响的基础上, 提出了新的基于马尔科夫链的时延模型. 给出了在系统稳定的情况下, 通信宏周期、协议传输时延和时钟同步精度应满足的条件. 建立了无丢包情况下的EPA网络控制系统模型. 提出了EPA控制系统稳定时, 可以设置的最小通信宏周期的计算方法.     

遥操作系统的数据传输和无源性保证

数据变换网络使得建立低成本、大范围、分布式控制系统变得可行。同时,有限带宽共享通信叫络也带来拥塞、时间延迟和丢包等方面不确定性问题。针对遥操作系统的网络数据传输,通过主动丢包进行网络拥塞控制,使用接收缓冲器避免延时抖动以后,利用指数衰减律替代丢包信号,通过网络耗散能量限制其有界能量,以保证网络传输的无源性且有好的能量平衡性。仿真验证了这种数据传输和处理方法的有效性。     

基于非策略Q-学习的网络控制系统最优跟踪控制

针对具有数据包丢失的网络化控制系统跟踪控制问题,提出一种非策略Q-学习方法,完全利用可测数据,在系统模型参数未知并且网络通信存在数据丢失的情况下,实现系统以近似最优的方式跟踪目标.首先,刻画具有数据包丢失的网络控制系统,提出线性离散网络控制系统跟踪控制问题;然后,设计一个Smith预测器补偿数据包丢失对网络控制系统性能的影响,构建具有数据包丢失补偿的网络控制系统最优跟踪控制问题;最后,融合动态规划和强化学习方法,提出一种非策略Q-学习算法.算法的优点是:不要求系统模型参数已知,利用网络控制系统可测数据,学习基于预测器状态反馈的最优跟踪控制策略;并且该算法能够保证基于Q-函数的迭代Bellman方程解的无偏性.通过仿真验证所提方法的有效性.     

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.     

一种数据丢包情况下的交叉口排队长度均衡控制方法

针对交通数据在传输过程中随机丢包造成交通拥堵的问题,提出一种新的交叉口排队长度均衡控制方法。考虑到交叉口交通控制的重复特性和强非线性,将无模型自适应迭代学习控制方案应用于交叉口排队长度控制中,通过实时调整各交叉口的信号配时方案来调节路口车辆的排队长度,实现各交叉口排队长度的均衡。针对道路交通网络控制中排队长度差值数据在传输过程中存在的丢包现象,将数据丢失现象描述为概率已知的伯努利序列,提出数据丢失情况下的补偿算法,即利用上次迭代的输出数据、伪梯度的估计值和控制输入差值对丢失数据进行补偿,解决存在数据丢包情况下多交叉口排队长度均衡控制问题。仿真结果表明,该方法在数据丢包的情况下迭代100次左右能够收敛于期望值并达到期望控制效果,验证了补偿算法的有效性。     

具有时延和数据包丢失的网络控制系统稳定性

针对单数据包传输情况,将同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统建模为具有事件约束的异步动态系统,依据Lyapunov稳定性原理,提出了同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统指数稳定的网络诱导时延条件和数据包丢失条件,对条件进行了实例仿真验证,仿真结果表明该条件是有效的.     

有数据包丢失和时延的网络控制系统稳定化

在同时考虑网络时延和数据包丢失的基础上,研究了网络控制系统的反馈控制器设计问题;用迭代的方法分析了数据包的丢失问题。在当前的状态测量不能被控制器实时得到时,利用旧的信息来控制系统,将网络化控制系统建模为切换模型。基于切换系统理论和分段Lyapunov函数理论,构造了线性矩阵不等式,推导出网络控制系统反馈控制器稳定的充要条件。数值仿真算例说明了所提方法的可行性和有效性。