具有网络丢包和时延的网络控制系统设计

为了降低对于网络传输的要求,针对具有固定时延和随机丢包情况的网络系统,采用状态增广以克服时延对网络控制系统分析的影响,进而考虑随机丢包情况,将增广系统转化为切换系统.以此为基础,提出网络鲁棒控制器设计方法.该控制器仅仅基于被控对象的反馈状态,因此对于网络传输的要求较低.最后,通过一个仿真算例验证了该系统的有效性.     

基于CMAC神经网络的网络控制系统模糊PD控制

针对网络控制系统中存在的随机诱导时延,把传输网络以及被控对象看作是一个时变的被控系统,将小脑模型神经网络与PD控制相结合,通过CMAC神经网络与PD的复合控制实现前馈反馈控制,PD控制器的参数由模糊推理机自适应整定,以减小网络诱导时延及其不确定性对系统的负面影响,优化系统控制效果。最后对该控制方法进行了仿真研究,结果表明该方法能有效改善系统的控制性能。     

一类非线性网络控制系统的稳定性分析

网络诱导时延是影响网络控制系统稳定性和动态性能的主要因素.针对一类仿射非线性被控对象模型,利用泰勒展开进行局部线性化.考虑网络诱导时延,采用状态反馈控制器,建立基于状态反馈控制器的闭环控制系统模型.通过Lyapunov方法证明,所得最大允许时延能够保证闭环网络控制系统稳定.最后以Simulink构建一个仿射非线性被控对象模型,通过仿真证明了本文方法的正确性和有效性.     

网络化非线性系统的非脆弱H∞控制

具有对数量化、网络诱导时延和数据包丢失的网络化Lipschitz非线性系统控制器,存在参数摄动问题。为此,设计一种加性非脆弱状态反馈H∞控制器。将数据量化和网络诱导时延对被控系统的影响,转化为系统的不确定参数,网络化控制系统建模为马尔可夫跳变系统。采用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出网络化Lipschitz非线性系统的加性非脆弱状态反馈H∞控制器存在的充分条件,该非脆弱H∞控制器可通过解线性矩阵不等式求出。仿真结果表明,当控制器存在参数摄动时,与传统控制器相比,非脆弱控制器不仅能使被控系统稳定,而且满足设定的H∞性能指标。     

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。     

不确定短时延网络控制系统的故障检测

针对远程被控对象为线性模型,且网络诱导时延小于一个采样周期的一类网络控制系统(NCS),假设可能发生执行器故障,对系统进行故障检测。将随机时延对系统的影响转化为未知有界条件下的不确定项,建立了系统的离散数学模型。按照时延补偿策略设计了系统的故障观测器,并基于Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式理论,推导出了整个观测器系统全局渐近稳定的充分条件。仿真例子验证了方法的有效性。     

基于脉冲切换控制的网络控制系统的镇定性

在网络控制系统的优化中,研究了离散时间域内带随机时延的网络控制系统的镇定性优化问题.首先将随机时延建模为一个马尔可夫链,然后在网络控制系统中引入模态依赖的脉冲切换控制器,建立了采用脉冲切换控制的网络控制系统模型.利用系统模型随机稳定性理论推导,得到使网络控制系统稳定的充分必要条件,并用迭代线性矩阵不等式方法求解了控制器,最后利用小车倒立摆做被控对象进行了数值仿真,仿真结果说明了控制方法的有效性.     

基于内模控制的无线网络控制系统设计

无线网络控制系统由于网络的存在产生诱导时延,时延影响系统稳定性,甚至使系统失去控制。针对这一现象,提出一种基于内模控制的无线网络控制系统设计,在被控对象端添加预估模型,从结构上实现无需确知网络时延的大小,在被控对象预估模型与真实模型相等的情况下,可实现对网络时延的完全补偿。内模控制器的参数调整方便,设计方法简单并容易实现,仿真结果验证了该系统具有良好的跟踪性能,较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于模型的网络控制系统稳定性分析及应用

针对时延网络控制系统中被控对象状态无法直接测量的情况，提出了基于模型的时延网络控制系统模型。系统采用状态反馈控制器，在网络信号传输时间间隔内，以被控对象模型为依据，计算控制信号，以减少系统对网络的依赖。在此基础上，给出了网络控制系统全局指数稳定的充要条件，该条件受网络信号更新时间、被控对象模型误差及网络引起的时延等因素的影响。仿真示例验证了该条件的有效性，应用在工业控制系统中，取得了较好的控制效果。     

基于动态反馈控制器的网络控制系统的稳定性分析

考虑实际模型的不确定性,针对一类具有不确定线性参数的网络控制系统,给出具有网络诱导时延及不确定线性参数的被控对象模型,设计其动态反馈控制器,建立基于动态反馈控制器的网络控制系统闭环模型.采用Lyapunov方法,给出保证该系统稳定的最大允许时延上界.仿真结果表明系统模型及控制器设计的合理性,所得最大允许时延上界保守性更弱.     

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．     

基于内模PID控制器的时延网络控制系统的保稳定性设计①

网络控制系统中存在的随机时延会导致系统的性能变差甚至不稳定。通过对随机时延的分析,建立了一个基于内模PID控制原理的网络控制系统模型,并以工业过程控制中经常用到的二阶对象为控制对象,完成了网络环境下的内模PID控制器的设计。仿真对比表明,该控制器对系统性能进行了补偿,保证了系统具有良好的稳定性能。     

网络化系统的状态反馈保性能控制

研究了具有随机网络诱导时延且数据包丢失服从马尔可夫链的网络化系统的保性能控制问题．将网络化控制系统建模为具有两种运行模式的马尔可夫跳变线性系统．根据马尔可夫跳变线性系统理论，给出了网络化系统状态反馈保性能控制器存在的充分条件；该保性能控制器为一组线性矩阵不等式的解．通过一个仿真示例说明了本文所提方法的有效性．     

基于输出反馈网络化控制系统鲁棒容错控制

研究了一类具有时延不确定性的网络化控制系统的鲁棒容错控制问题.针对以往控制器大多采用状态反馈的形式,而对功能和结构复杂的网络化控制系统全部状态往往难于测取,因而状态反馈形式的控制器在应用中会受到限制,完整性问题的结果也主要基于0-1故障模型.采用动态输出反馈控制策略,针对网络化控制系统的时延和不同步对系统产生的影响,基...     

一类基于观测器的非线性网络化控制系统的绝对稳定性

主要考虑了基于观测器的Lurie网络化控制系统的绝对稳定性问题. 由于采用了基于观测器的反馈控制器, 传感器到控制器的网络诱导时延和控制器到执行器的网络诱导时延不再能合并到一起处理. 首先通过状态增广方法将Lurie网络化控制系统建模为一个多时滞的Lurie系统, 然后利用Newton-Leibniz公式和添加自由权矩阵的方法给出了时滞依赖的稳定性条件. 在此基础上, 给出三种求解控制器和观测器增益矩阵的方法. 此外, 还分别给出了被控对象存在范数有界不确定性和结构不确定性时系统的鲁棒稳定性条件及鲁棒控制器设计方法, 所有得到的结果都是以线性矩阵不等式的形式给出的. 便于利用线性矩阵不等式工具包进行求解. 最后, 通过两个仿真算例说明了方法的可行性和有效性.     

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．     

STATE FEEDBACK CONTROLLER DESIGN OF NETWORKED CONTROL SYSTEMS WITH PARAMETER UNCERTAINTY AND STATE‐DELAY

This paper is concerned with the controller design of networked control systems. The continuous time plant with parameter uncertainty and state delay is studies. A new model of the networked control system is provided under consideration of the nonideal network conditions. In terms of the given model, a controller design method is proposed based on a delay dependent approach. The maximum allowable synthetical bounds related with the discarded data packet and network‐included delay and the feedback gain of a memoryless controller can be derived by solving a set of linear matrix inequalities for the stabilizablity of the networked control system based on Lyapunov functional method. An example is given to show the effectiveness of our method.     

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。     

Solution of the discrete-time stochastic optimal control problem in the 2-domain

The design of discrete-time optimal multivariate systems is considered in the z-domain. The constant plant can be non-square, unstable and/or non-minimum phase and feedback system dynamics can be modelled. The stationary coloured noise processes are assumed to be represented by discrete rational spectral densities. The system can contain transport delay elements and the effects of plant saturation can be limited by the choice of performance criterion. The system inputs are assumed to contain both stochastic and deterministic components.

The two-stage design procedure is original and it enables the stochastic and deterministic control functions to be separated, A performance criterion is first defined which is insensitive to the deterministic signals and this defines the closed-loop optimal controller. The resulting closed-loop system acts as an optimum regulator to minimize the effects of stochastic disturbances. A second tracking error performance criterion is then specified which determines the optimal reference input to the closed-loop system. This reference signal is generated by two further discrete-time controllers. The first controller ensures that the plant is following a desired trajectory and the second acts as a feedforward controller to counteract measurable disturbances. The minimum variance regulators of Astrom (1970) and Peterka (1972) are also derived from these results.