基于网络的离散切换时滞系统故障检测和控制器协同设计

针对带有时变时滞和数据包丢失的离散网络切换控制系统,提出在任意切换信号下的闭环故障检测和控制器协同设计策略;基于平均驻留时间和李雅普诺夫(LKF)方法,给出并证明离散切换时滞动态系统指数均方稳定且具有满意的H_∞性能指标的充分条件;将离散网络切换时滞系统的控制器和故障检测滤波器的参数求解转化为可行的凸优化问题,确保残差和故障估计误差尽可能小.仿真实验结果验证了所提出方法的有效性.     

具有随机丢包的一类网络控制系统的故障检测

针对存在随机数据包丢失的网络环境,研究了一类网络控制系统的故障检测问题.考虑随机丢包同时发生在传感器与控制器以及控制器与执行器之间,将网络控制系统建模为含有4个模态的马尔可夫跳变线性系统.基于此类模型,构造了系统的残差发生器,相应的故障检测问题转化为H∞滤波问题.利用马尔可夫跳变线性系统理论,设计了故障检测滤波器,使得...     

具有时变时滞和多包丢失的网络控制系统量化H∞控制

研究了具有时变时滞与多数据包丢失的网络控制系统(networked control systems,NCSs)的量化H∞控制问题.同时考虑传感器-控制器间的测量通道及控制器-执行器间的控制通道的多数据包丢失,并将其用满足Bernoulli分布的随机变量来表示.控制输入信号和测量输出信号分别在传感器和控制器两侧进行对数量化,量化误差描述为扇区有界不确定性.利用Lyapunov理论和线性矩阵不等式方法,得到了使得闭环NCSs满足一定H∞性能指标的均方意义下指数稳定充分条件,并给出了基于观测器的时滞相关控制器设计方法.最后,通过实例证明了该方法的有效性.     

具有随机丢包的非线性网络化控制系统鲁棒故障检测

针对具有随机丢包的Lipschitz非线性网络化控制系统,研究了系统存在外部干扰情况下的鲁棒故障检测问题。由于带宽有限,传感器-控制器和控制器-执行器的网络通道中存在随机数据包丢失,鉴于此,设计一种基于观测器的故障检测滤波器,给出存在故障检测滤波器的充分条件,使误差系统均方指数稳定并达到鲁棒H∞干扰抑制水平,同时给出基于观测残差均方值的故障检测策略。通过仿真算例验证了所提出方法的有效性。     

具有数据包丢失的网络控制系统保性能控制

本文研究了一类具有数据包丢失的网络控制系统(NCSs)的建模和保性能控制问题.通过用两个马尔可夫链分别来描述前向通道和反馈通道的丢包过程,将闭环网络控制系统建模成具有两个模式的马尔可夫随机切换系统.基于线性矩阵不等式技术和李亚普诺夫方法得到了闭环系统随机稳定的充分条件,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本文结果的有效性.     

具有随机丢包的线性网络控制系统控制器设计

研究一类双向通道里同时存在随机数据包丢失的线性网络控制系统的控制器设计问题,随机数据包丢失同时存在于传感器-控制器和控制器-执行器网络通道里,随机数据包丢失采用满足Bernoulli分布的二进制切换序列来描述.在发生随机数据包丢失时,可采用闭环系统均方指数稳定的动态输出反馈控制器存在的充分性判据,并给出了基于线性矩阵不等式(LMI)的控制器求解方法,并通过一个仿真算例验证了控制器的正确性.     

基于T-S模糊模型的多时滞非线性网络切换控制系统非脆弱H∞控制

针对一类控制器增益存在摄动的不确定非线性网络切换系统,在系统同时存在随机时变时滞和数据包丢失的情况下,研究系统的非脆弱H_∞控制问题.首先,利用T-S模型,将非线性网络切换系统建模为网络切换模糊系统;其次,将数据包丢失作为时滞处理,并采用Bernoulli分布的随机序列描述该时滞;再次,采用平均驻留时间的方法(ADT)设计系统的切换律及非脆弱状态反馈控制器,并给出网络切换模糊时滞系统指数稳定的平均驻留时间条件;最后,结合李雅普诺夫(LKF)方法给出系统均方指数稳定且满足H_∞性能指标的充分条件.仿真结果验证了所提出设计方法的有效性.     

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。     

具有随机时延的网络控制系统周期反馈控制

针对一类具有随机时延的网络控制系统(NCSs)周期反馈控制问题,提出一个新颖的马尔可夫随机时滞系统模型.该模型包括一个分段常数广义采样保持函数(PCGSHF)以及一个用于描述网络诱导时延和数据包丢失的马尔可夫链.应用李亚普诺夫方法以及线性矩阵不等式技术得到了闭环 NCSs 随机稳定的充分条件,并给出了状态反馈控制器和 PCGSHF 的设计方法.最后,通过仿真算例验证了设计方法的有效性.     

数据包丢失网络控制系统的保成本控制

针对同时具有不确定短时延及数据包丢失的网络控制系统,引入丢包补偿器补偿丢包对系统的影响,当发生数据包丢失时,控制器采用丢包补偿器产生的预估状态代替系统的真实状态计算控制量。同时考虑不确定短时延的影响,将网络控制系统建模为一类具有参数不确定的离散切换系统．利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,简称LMI)方法给出了系统的保成本控制器和丢包补偿器的协同设计方法,仿真结果表明所提出的方法是有效的。     

网络控制系统的时延相关状态反馈控制器设计

研究了具有时延、丢包和数据包时序错乱的网络控制系统镇定问题.为了有效提高系统的控制性能,本文根据网络控制系统的特点提出一种时延相关状态反馈控制方法,并将闭环网络控制系统建模为离散时间切换模型.在此基础上,通过构造依赖于参数的Lyapunov函数给出了闭环网络控制系统的稳定条件和镇定控制器设计方法.仿真结果和实验结果表明所提方法的有效性和可用性.     

Switched system approach to stabilization of networked control systems

Stabilization problems of networked control systems (NCSs) with bounded packet losses and transmission delays are addressed. We model such NCSs as a class of switched systems, and establish stabilizing conditions in the form of matrix inequalities by using packet‐loss dependent Lyapunov functions. By solving the inequalities, packet‐loss dependent controllers are designed for two types of packet‐loss processes: one is an arbitrary packet‐loss process, and the other is a Markovian packet‐loss process. Several numerical examples and simulations are worked out to demonstrate the effectiveness of the proposed design techniques. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

存在未知时延和Markov 丢包的网络控制系统故障检测与优化

将网络控制系统(NCSs) 的未知短时延处理成范数有界不确定性, 结合Markov 丢包影响将NCSs 建模为不确定Markov 跳变系统, 设计模态依赖的鲁棒故障检测滤波器. 为了提高检测系统性能, 采用后置滤波器对残差信号进行时域优化, 并以Moore-Penrose 逆形式给出其最优解. 同时, 设计自适应检测阈值, 并给出时变参数阵的迭代方法,降低了计算量. 数值仿真表明, 所提出的方法能够有效地抑制时延和丢包影响, 提高故障检测系统的检测能力和检测速度.

     

基于局部交叠异步切换的网络控制系统故障检测

针对存在时变短时延和丢包的网络控制系统故障检测问题,将非线性对象建模为线性切换系统.考虑工程中存在的局部交叠切换律,将切换系统划分为若干局部交叠切换于系统.同时,考虑滤波器切换滞后引起的异步切换问题,进一步将系统增广为局部交叠异步切换系统.在此基础上,结合公共Lyapunov函数和平均驻留时间方法,以LMI形式给出检测滤波器设计方法.最后,通过某网络化飞行器的全包线飞行验证了所提出方法的有效性.     

Fault detection for networked control systems subject to quantisation and packet dropout

This article addresses the stochastic fault detection (SFD) problem in finite-frequency domain for a class of networked control systems (NCSs) with respect to signal quantisation and data packet dropout. Considering a logarithmic quantiser and Markovian packet dropout, the NCS is modelled as a Markov jump linear system (MJLS) with quantisation error. Further, a new definition of finite-frequency stochastic H _? index is given, which gives a measurement of sensitivity. Subsequently, sufficient conditions are derived to guarantee that the MJLS can achieve such a performance. By virtue of the obtained conditions, the fault detection filters (FDFs) are designed in finite-frequency domain, which are valid in characterising the disturbance attenuation performance and finite-frequency fault sensitivity performance. Finally, a simulation example is given to illustrate the method and its effectiveness.     

基于异步切换多胞系统的网络化飞行器故障检测

本文研究了存在时变短时延和随机丢包的大包线网络化飞行器故障检测问题.首先,采用切换多胞系统描述飞行动态,并提出了一种局部重叠多胞划分方式以较低设计保守性.然后,借助泰勒级数展开和伯努利分布将时延和丢包转化为多胞系统参数,并构建了切换参数依赖故障检测滤波器.同时,考虑滤波器切换指令及多胞加权参数更新滞后引起的异步切换问题,基于切换参数依赖Lyapunov函数和平均驻留时间方法分析了系统的稳定性和l2性能,并以LMI形式给出了滤波器存在的充分条件.最后,以HiMAT(highly maneuverable technology)飞行器为例验证了所提方法的有效性.     

Fault tolerant control for discrete networked control systems with random faults

This paper concerns the fault tolerant control for discrete networked control systems (NCSs) with probabilistic sensor and actuator fault, random delay and packet dropout. The fault of each sensor or actuator happens in a random way, which is described by an individual random variable satisfying a certain probabilistic distribution. Using these stochastic variables in the system model, new type of NCSs fault model is proposed. The merit of the proposed fault model lies in its generalization and reality, which can cover some existing fault models as special cases. By using Lyapunov functional method and linear matrix inequality technology, sufficient conditions for the mean square stable (MSS) of the NCSs can be obtained. Then the reliable controller can be designed. Finally, a numerical example and a practical example are given to demonstrate the efficiency and application of the proposed method.     

Robust fuzzy tracking control for nonlinear networked control systems with integral quadratic constraints

This paper investigates the robust tracking control problem for a class of nonlinear networked control systems (NCSs) using the Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model approach. Based on a time-varying delay system transformed from the NCSs, an augmented Lyapunov function containing more useful information is constructed. A less conservative sufficient condition is established such that the closed-loop systems stability and time-domain integral quadratic constraints (IQCs) are satisfied while both time-varying network-induced delays and packet losses are taken into account. The fuzzy tracking controllers design scheme is derived in terms of linear matrix inequalities (LMIs) and parallel distributed compensation (PDC). Furthermore, robust stabilization criterion for nonlinear NCSs is given as an extension of the tracking control result. Finally, numerical simulations are provided to illustrate the effectiveness and merits of the proposed method.     

观测器为基础的多包传输网络化系统故障检测

研究了基于不确定马尔科夫模型的多包传输网络化系统故障检测问题.通过引入传输矩阵形式,部分转移概率矩阵元素未知的马尔科夫跳系统模型被用来描述相邻采样周期不同数据包传输时的相关特性.基于获得的模型,利用李雅普若夫方法和随机分析技巧,建立了线性矩阵不等式形式充分条件,所得扩展的误差系统满足随机稳定性和H∞扰动水平.特别的,本文的结论可以包含经典马尔科夫模型和切换模型作为其特例.最后通过仿真例子说明了所用方法的有效性.