具有通信约束的网络控制系统动态调度与H∞控制协同设计

针对一类具有通信约束的随机时延网络控制系统,提出一种基于试一次丢弃(try-once-discard,TOD)动态调度策略与鲁棒H∞控制器协同设计的方法.考虑通信约束和随机时延的影响,将系统建模为一类具有参数不确定性的离散切换系统,并采用切换系统和Lyapunov稳定性理论,给出了TOD调度策略下使闭环系统渐近稳定的鲁棒H∞控制器设计方法.最后通过仿真验证了方法的有效性.     

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.     

针对时间距离约束的网络化控制系统带宽调度策略

网络化控制系统是一种具有时间距离约束的硬实时系统.根据该特点,在深入分析网络化控制系统时间距离约束关系的基础上,提出一种针对时间距离约束的网络化控制系统带宽调度策略.该策略能够更有效地与网络化控制系统的控制算法相配合,同时兼顾控制系统控制性能和网络服务质量,优化系统总体性能.最后通过仿真实例说明了该策略的有效性.     

短时延多包传输网络控制系统的容错控制

研究了存在数据丢失的短时延多包传输网络控制系统在静态调度和动态调度下的控制器设计问题。把未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器“故障”的系统。在静态调度策略下,将系统建模为一类具有一定切换规则的周期系统,利用容错控制理论和周期系统理论得到系统稳定性判据;在动态调度策略下,将系统建模为一类具有有限子系统的自主切换系统,利用容错控制理论和切换系统理论给出了系统的稳定性条件。并利用控制器和观测器的协同设计方法给出了系统在静态调度和动态调度下的容错控制律和状态观测器设计方法。数值仿真算例证明了结论的可行性和有效性。     

网络化控制系统的信息调度与稳定性研究

针对具有通信约束的变速率网络化控制系统模型，研究在有系统信息丢失的情形下闭环系统的渐近稳定性问题；同时针对框架化的信息调度方法，探讨了在给定网络变速率采样模式下，通过设计动态反馈控制律保持闭环系统渐近稳定的方法来评判信息调度方法的适定性。     

网络化控制系统性能与网络QoS协调设计研究*

基于网络QoS如延迟、丢包,建立网络化控制系统状态方程,通过双线性矩阵不等式(BMI)讨论在某种网络QoS下控制系统的稳定性,并以离散系统二次型性能指标为例设计最优LQR(linear quadratic regulator)控制器,得到保证系统控制性能的网络QoS约束。针对该约束,提出一种能够兼顾系统性能与网络QoS的网络化控制系统控制与调度协调设计方法。最后,通过仿真实验说明提出的协调设计方法的必要性和有效性。     

网络控制系统的模型依赖平均驻留时间调度与控制

针对具有随机短时延的资源受限网络控制系统,提出了一种新的模型依赖平均驻留时间的调度策略与反馈控制联合设计方法.该调度策略由模型依赖平均驻留时间和动态试一次就丢弃(try-once-discard,TOD)调度策略共同决定,将系统建模成带有参数不确定性的离散切换系统,基于多Lyapunov函数方法及线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)技术,给出了使闭环系统指数稳定的控制器设计和TOD调度策略下的各模态平均驻留时间条件.该联合设计方法降低了保守性,在一定程度上减少了系统模态之间的切换频率.最后通过仿真验证所提方法的有效性.     

资源约束的高层次数据流调度方法

提出遗传算法和蚂蚁算法动态融合解决资源约束调度问题的方法.讨论资源约束调度过程中遗传算法的编码规则,蚂蚁算法中蚂蚁的概率选择方法和信息素更新规则,给出两种算法的动态切换条件及如何由遗传算法的调度结果产生蚂蚁算法的初始信息素分布等,实验数据表明本文方法的稳定性、平均运行时间和平均调度结果均优于单独的遗传算法和蚂蚁算法.     

针对时间距离约束的网络化控制系统带宽调度策略

网络化控制系统是一种具有时间距离约束的硬实时系统.根据该特点,在深入分析网络化控制系统时间距离约束关系的基础上,提出一种针对时间距离约束的网络化控制系统带宽调度策略.该策略能够更有效地与网络化控制系统的控制算法相配合,同时兼顾控制系统控制性能和网络服务质量,优化系统总体性能.最后通过仿真实例说明了该策略的有效性.

     

事件驱动的网络化系统最优控制

针对随机事件驱动的网络化控制系统, 研究其中的有限时域和无限时域内最优控制器的设计问题. 首先, 根据执行器介质访问机制将网络化控制系统建模为具有多个状态的马尔科夫跳变系统; 然后, 基于动态规划和马尔科夫跳变线性系统理论设计满足二次型性能指标的最优控制序列, 通过求解耦合黎卡提方程的镇定解, 给出最优控制律的计算方法, 使得网络化控制系统均方指数稳定; 最后, 通过仿真实验表明了所提出方法的有效性.

     

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.     

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．     

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．     

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.     

δ算子下的网络控制系统最优控制方法

研究网络控制系统的随机最优控制问题，提出了针对随机时延的网络控制系统最优控制律和二次型性能指标极小的控制律设计方案．在δ算子域内应用动态规划理论．设计网络控制系统的最优状态反馈和输出反馈控制律，得到的线性二次型高斯控制器可对系统中的随机长时延进行动态补偿．最后通过实例仿真验证了上述最优控制方案的可行性和有效性．