随机时延网络控制系统的H∞输出反馈控制器设计

研究了一类具有随机通讯时延的网络控制系统的控制器设计问题.同时考虑了控制器和执行器之间,控制器和传感器之间这两类由于有限网络带宽而出现的随机传输时延.采用满足Bernoulli分布的二进制序列来描述数据传输的随机时延.利用矩阵不等式方法给出了动态输出反馈控制器存在的充分条件,所设计的控制器使得闭环系统是均方意义下指数稳定并具有给定的H∞性能.采用SLPMM(sequentially linearprogramming matrix method)给出了控制器的求解算法.仿真算例说明该方法的有效性.     

时延转移概率部分未知的网络控制系统H∞鲁棒故障检测

针对具有时延的离散网络控制系统, 研究了时延转移概率部分未知条件下的鲁棒H∞故障检测问题. 首先, 利用两个独立的有限维数的Markov链分别描述传感器至控制器时延及控制器至执行器时延, 把网络控制系统建模为具有两个Markov链的控制系统. 在此基础上构造了故障检测滤波器, 利用状态增广的方法建立了闭环系统模型. 然后, 以矩阵不等式的形式得到了闭环系统随机稳定和满足给定H∞性能的条件, 并给出了相应控制器及滤波器增益矩阵的求解方法. 最后实例仿真表明, 所得到的故障检测滤波器不仅对故障敏感而且对外部扰动具有鲁棒性.     

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。     

时延转移概率部分未知的网络控制系统鲁棒H_∞故障检测

针对具有时延的离散网络控制系统,研究了时延转移概率部分未知条件下的鲁棒H∞故障检测问题.首先,利用两个独立的有限维数的Markov链分别描述传感器至控制器时延及控制器至执行器时延,把网络控制系统建模为具有两个Markov链的控制系统.在此基础上构造了故障检测滤波器,利用状态增广的方法建立了闭环系统模型.然后,以矩阵不等式的形式得到了闭环系统随机稳定并满足给定H_∞性能的条件,给出了相应控制器、滤波器增益矩阵及最小H_∞衰减水平的求解方法,并得到了转移概率和最小H_∞衰减水平之间的关系.最后实例仿真表明,所得到的故障检测滤波器不仅对故障敏感而且对外部扰动具有鲁棒性.     

具有时变时延的网络化LPV系统的容错控制

针对一类具有时变时延以及Lipschitz非线性项的网络化线性参数变化系统,研究了系统中存在外部扰动、执行器和传感器同时发生随机故障时的容错控制问题。用Bernoulli分布序列描述执行器和传感器发生的随机故障,利用自由权矩阵方法处理时变时延。根据Lyapunov-Krasovskii稳定性定理和线性矩阵不等式（LMI）方法求出◢H◣▼∞▽容错控制器存在的充分条件,然后通过利用近似基函数和网格化技术将无限维的LMI求解问题转换为有限维的LMI问题,得到了相应的容错控制器增益。最后,通过数值仿真验证了所设计方法的有效性。     

基于极点配置的随机时延网络控制器设计

针对网络控制系统(NCS)的随机短时延问题,在传感器和执行器由时间驱动、离散控制器由事件驱动方式下,将NCS描述为切换系统模型。结合极点配置和特征根连续变化原理,根据时延与增广矩阵特征根最大模长之间的关系,将切换系统进行简化并设计相应的状态反馈控制器。实验结果表明,该控制器求解简单、易于实现,且可根据实际系统性能要求选择控制参数。     

带有随机时延的非线性网络控制系统的输出反馈镇定

考虑了一类非线性网络控制系统的输出反馈镇定问题.通过齐次马尔可夫链来描述采样器-控制器和控制器.执行器的时延,将网络控制系统建模为带跳非线性系统.利用Lyapunov方法和线性矩阵小等式技巧,得到了闭环系统随机稳定的充分条件,并给出了镇定控制器的设计方法.     

一类时延网络控制系统的骱容错保成本控制

针对具有时延和参数不确定性的网络控制系统的研究。考虑系统的时延小于一个采样周期,传感器是时钟驱动,控制器和执行器是事件驱动。当执行器发生故障时,研究网络控制系统的Hoo容错保成本控制。依据所描述情况建立系统模型,基于Lyapunov稳定性理论、容错控制理论和线性矩阵不等式（LMIs）处理方法,推导出网络控制系统是渐近稳定的,并且得出系统的Hoo容错保成本控制的充分条件和系统的保成本上界。实例仿真证明结论的有效性。     

区间化时变时延的网络化切换系统建模与控制

研究了具有从传感器到控制器和控制器到执行器存在双边时变时延的网络控制系统指数稳定性的问题.首先将时延变化范围划分为多个等分区间,然后采用增广矩阵的方法建立了参数不确定的离散时间切换闭环系统模型.同时基于平均驻留时间分析方法,给出了系统满足指数稳定的条件,接着进一步的建立了时延区间划分个数与系统状态指数衰减率的定量关系.该方法有效降低了系统设计的保守性,一定程度上减少了系统状态收敛的时间.最后通过数值仿真验证了所提方法的有效性.     

多自由度遥操作机器人可靠性控制研究

本文针对多自由度遥操作机器人的可靠性控制问题进行了研究,采用时延估计在线获得机器人系统的未知动力学和外界干扰,并在控制过程中加以补偿.这里,我们利用一些满足一定概率分布的不相关的随机变量来表示遥操作机器人的概率性执行器故障.通过考虑遥操作机器人的概率性执行器故障和控制时变时延,我们建立了新的遥操作机器人模型.在此基础上,研究了遥操作机器人的可靠性控制.通过使用Lyapunov稳定性方法和随机系统理论,得到了遥操作机器人的执行器概率分布依赖的渐近均方稳定的充分性条件,其中该条件是以线性矩阵不等式的形式给出,从而非常便于计算机转化为凸优化问题进行求解.最后用一个仿真算例来验证本文给出方法具有以下作用:首先,在考虑遥操作机器人的概率性执行器的故障的情况下,本文提出方法可以很容易地得到控制输入时延的上界;其次,在不考虑遥操作机器人执行器故障时,本文提出方法依然可以使用;最后,在考虑遥操作机器人的概率性执行器故障时,本文提出的方法都可以为其设计理想的控制器.     

Robust H∞ Control for Networked Systems With Random Packet Losses

In this paper, the robust Hinfin control problem Is considered for a class of networked systems with random communication packet losses. Because of the limited bandwidth of the channels, such random packet losses could occur, simultaneously, in the communication channels from the sensor to the controller and from the controller to the actuator. The random packet loss is assumed to obey the Bernoulli random binary distribution, and the parameter uncertainties are norm-bounded and enter into both the system and output matrices. In the presence of random packet losses, an observer-based feedback controller is designed to robustly exponentially stabilize the networked system in the sense of mean square and also achieve the prescribed Hinfin disturbance-rejection-attenuation level. Both the stability-analysis and controller-synthesis problems are thoroughly investigated. It is shown that the controller-design problem under consideration is solvable if certain linear matrix inequalities (LMIs) are feasible. A simulation example is exploited to demonstrate the effectiveness of the proposed LMI approach.     

Robust H infinity control for networked systems with random packet losses.

In this paper, the robust H infinity control problem is considered for a class of networked systems with random communication packet losses. Because of the limited bandwidth of the channels, such random packet losses could occur, simultaneously, in the communication channels from the sensor to the controller and from the controller to the actuator. The random packet loss is assumed to obey the Bernoulli random binary distribution, and the parameter uncertainties are norm-bounded and enter into both the system and output matrices. In the presence of random packet losses, an observer-based feedback controller is designed to robustly exponentially stabilize the networked system in the sense of mean square and also achieve the prescribed H infinity disturbance-rejection-attenuation level. Both the stability-analysis and controller-synthesis problems are thoroughly investigated. It is shown that the controller-design problem under consideration is solvable if certain linear matrix inequalities (LMIs) are feasible. A simulation example is exploited to demonstrate the effectiveness of the proposed LMI approach.     

H ∞ predictive control of networked control systems

This article is concerned with the problem of H _∞ predictive control of networked control system with random network delay. A new control scheme termed networked predictive control is proposed. This scheme mainly consists of the control prediction generator and network delay compensator. While designing the predictor, the control input to the actuator may be different due to networked induced time-delay and data dropout, and two cases are considered depending on the way that the observer obtains the plant control input u _t . The necessary and sufficient conditions are given for the closed-loop networked predictive control system to be stochastically stable for different u _t and random network delays in controller to actuator channel (CAC) and sensor to controller channel (SCC). A simulation study shows the effectiveness of the proposed scheme.     

基于输出反馈的不确定NCS鲁棒容错控制

研究了一类具有网络诱导时延和参数不确定性网络化控制系统鲁棒容错控制问题.基于将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵不确定性的NCS模型,同时考虑系统参数不确定性对系统的影响,应用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用输出反馈控制策略,推证出了保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生故障时仍渐进稳定的充分条件,并以求解线性矩阵不等式组给出了容错控制器的设计方法,最后用仿真算例验证了此方法的可行性和有效性.     

Observer-based controller design for networked control systems with sensor quantisation and random communication delay

This article addresses the study of observer-based controller design for network-based control systems in the presence of output quantisation and random communication delay simultaneously. In the communication channel, the output measurement are quantised before transmission, and two kinds of network-induced delays are taken into account simultaneously: (i) random delay from sensor to controller and (ii) random delay from controller to actuator. These two types of random delays are modelled as two independent Bernoulli distributed white sequences. The observer-based controller is synthesised to stabilise the networked closed-loop system in the sense of stochastic stability. Sufficient conditions for the existence of the controller are provided by stochastic Lyapunov method. An illustrative numerical example is employed to demonstrate the applicability and flexibility of the proposed design strategy.     

非线性网络控制系统的故障检测

针对一类具有随机丢包的非线性网络控制系统,研究了系统的故障检测问题.基于T-S模糊模型将对象线性化,考虑了控制器和执行器之间、控制器和传感器之间的随机丢包现象,采用满足Bernoulli分布的二进制序列来描述数据传输的随机丢包.同时利用模糊主导子系统规则,设计了模糊观测器,给出了基于观测器闭环系统渐近稳定的充分条件,并通过数值仿真实验验证了该方法的有效性.     

具有时延的网络控制系统控制器设计

针对一类存在随机时延的网络控制系统,传感器采用时间驱动,控制器和执行器采用事件驱动,提出了一种新的具有随机时延的网络控制系统的建模方法-离散模糊T-S模型,在此模型的基础上应用并行分布补偿(PDC)原理设计了模糊控制器。应用Lyapunov定理和线性矩阵不等式(LMI)方法,研究了系统的稳定性问题,给出基于LMI的状态反馈模糊控制器的设计方法。通过仿真实例验证控制方法能够保证系统稳定。     

网络化控制系统的时延观测器设计及其状态反馈控制

研究了一种网络化控制系统,其输出时延和控制时延均大于采样周期,且控制时延服从已知随机分布.基于现今值观测器原理,采用设置缓冲区和带有时戳的传感数据传输方法,给出了一种具有时延补偿功能的时延观测器,并证明了在系统可观的条件下可实现观测器极点的任意配置.之后,基于该观测器设计了状态反馈控制系统,并证明了复合系统的分离性原理.通过仿真验证了所提方法的有效性.     

Reliable guaranteed-cost control for networked systems with randomly occurring actuator failures and fading performance output

This paper is concerned with the reliable guaranteed-cost control problem for a class of time-varying networked systems with randomly occurring actuator failures and fading performance output. The randomly occurring actuator failure, which describes the phenomenon of the actuator failure appearing in a random way, is modelled by a Bernoulli distributed white sequence with a known conditional probability. The fading performance output is characterized by a random variable obeying any discrete-time probability distribution over a known interval. The main purpose is to design a reliable controller over a given finite horizon such that, an optimized upper bound of the predefined quadratic performance index is guaranteed for the addressed systems in the presence of both the randomly occurring actuator failures and the fading performance output. It is shown that the desired controller gain can be obtained in terms of the solution to a Riccati-like difference equation. A numerical example is provided to illustrate the feasibility and effectiveness of the proposed control scheme.     

多故障网络控制系统模态依赖下的H_∞控制

针对存在传感器失效、随机丢包和时延等多故障的网络控制系统,建立了系统的转换模态。通过运用Lyapunov和LMI判定方法,研究了系统在模态依赖下渐近稳定的充分条件。设计了传感器失效的模型,提出了控制器的设计方法,运用鲁棒H∞控制方法,改善了闭环网络控制系统的性能。通过仿真实例验证了该方法的可行性和有效性。