控制系统网络化及控制系统与信息网络集成技术

控制系统网络化是控制系统发展的必然．本文对比了控制系统网络化发展三个主要 阶段的特点，分析了基于TCP/IP协议的开放嵌入式网络化控制系统的现状．不同控制网络系 统的集成是当前控制系统网络化的主要特点之一，本文阐述了多种控制网络互连与集成的方 法．控制网络与信息网络的集成具有重要理论和现实意义．从网络化发展的角度来研究控制 系统的发展，将更有利于自动控制、计算机网络和通讯技术的融合，为实现控制和管理信息 一体化提供了一条新思路．     

基于网络控制的球杆系统模糊控制器设计

针对网络化控制系统中存在的网络延时的不确定性,提出了如何根据系统的控制性能要求处理网络传输过程中网络延时的时变特性.通过对网络环境的分析,把网络延时进行分段序列化,使时变的网络延时转换成一个固定延时序列.在球杆系统本地化控制中加入固定延时,获取不同延时情况下球杆系统的最佳控制参数.在网络控制中,通过捕获的网络延时查找最...     

球杆网络化控制系统的延时分析与控制方法研究

对球杆系统进行了机理建模,并针对球杆网络化控制系统网络负载小、节点少、带宽冗余等特点,从网络通信原理的角度分析了网络延时的不确定性,结合测试结果提出了具有时变性、分段保持性延时特征的网络环境的假设.在这个前提下,将网络分布时延转换为前向通道上的单一时延.在此基础上提出了球杆网络化控制系统的根据延时分段补偿控制的策略及在...     

基于灰色广义预测控制的网络化控制系统丢包补偿

针对网络传输中存在的数据丢包问题，提出了将灰色广义预测控制引入到网络化控制系统的新思想．将网络化控制系统视为灰色系统，设计了一个控制器节点由事件—时间驱动、传感器节点和执行器节点由时间驱动的分布式模型．利用灰色广义预测控制在线计算量小的特点，结合队列机制，提出补偿策略．仿真结果表明补偿策略效果良好．     

网络控制系统补偿器设计及稳定性分析

为解决网络延时对网络化控制系统性能的影响, 从控制的角度提出基于系统模型的补偿器设计方案以解决网络延时问题. 通过对广义预测控制算法GPC状态空间形式的推导, 设计具有多步预测功能的网络控制器, 实现前向通道的延时补偿; 构造具有延时补偿功能的状态观测器以补偿反馈通道延时. 分析了使用上述延时补偿策略所构成的闭环网络控制系统的稳定性. 通过对不同网络延时补偿的仿真实验, 证实了该补偿算法能有效改善控制系统性能并保持系统的稳定.     

网络延时对PID控制系统性能影响的分析

由于网络通讯延时的存在，传统PID控制算法在网络化控制系统中的控制性能将受到影响．使用一种代价函数作为性能评估标准，并通过仿真实验分析了各种网络延时对PID控制性能的影响．利用根轨迹法分析了网络延时和PID参数对控制系统稳定性和控制性能的影响；用NetCon控制器实现了各种网络延时下对一个实验系统的控制．实验结果证明了仿真分析的正确性和有效性．     

网络化控制系统的科学问题与应用展望

作为在串行网络上实现反馈控制回路的控制系统，网络化控制系统减少了系统布线，增加了系统的柔性，提高了系统的可诊断性和可维护性．在综述网络化控制系统研究现状与进展的基础上，对网络化控制系统所涉及的科学问题和应用领域进行了深入分析，并对网络化控制系统的未来发展作了展望．     

航空发动机分布式控制系统延时分析

航空发动机分布式控制系统是一个总线控制系统。在控制回路中存在着各种原因引起的延时,这些延时直接影响着系统的实时性。针对系统中各延时环节延时产生原因进行了分析,并对各个环节的延时时间进行了估算或实验测量,结果表明影响系统实时性的主要因素是网络负载,为进一步改进航空发动机分布式控制系统实时性提供了依据,为减少延时提供了方法。     

网络化控制系统中的延时问题:分析与展望

网络诱导延时是引起网络化控制系统性能下降甚至不稳定的主要因素之一,如何减小延时或降低其不确定性以克服延时的不利影响,一直是网络化控制系统研究领域的一个关键问题.对此,从控制和通讯网络两方面出发,对目前关于延时问题的研究结果进行了详细的论述和总结;通过系统地分析和对比,指出现有理论成果中存在的问题和不足;最后,指出该领域今后的主要任务和发展方向,并给出了一些有益的建议.     

基于Rabbit2000的网络化控制系统设计

针对嵌入式系统的实时网络化控制的难度,设计了一套通过互联网对嵌入式设备实现实时在线的控制系统.该系统中,每个被控设备由单片机控制,通过RS-485总线和一个单片机系统组成一个控制系统网络,最后使单片机和Rabbit2000串口通信,实现系统的网络化控制.实践证明,嵌入式设备和网络技术的结合使设备的控制更加智能化.     

基于延时预测的模型状态反馈网络控制方法

网络延时的存在不仅会使控制系统的动、静态性能变差,还可能会破坏系统的稳定性,造成既有控制方法的失效。针对带有随机延时的网络控制系统,提出了一种基于网络延时实时预测和系统状态逼近的控制方法。首先,建立无延时的理想控制系统模型作为标准控制系统模型;其次,应用基于隐马尔可夫模型(HMMs)的延时预测算法预测网络延时,该方法能够实时自适应学习,以适应网络负载情况的变化,得到更符合实际情况的延时预测值;最后,根据网络延时的预测值、实际网络控制系统与标准控制系统模型的状态之差,来调整控制信号,从而使实际网络控制系统的状态与标准控制系统模型接近、甚至相等,达到期望的控制效果。数字仿真结果表明,这一方法是可行的,能够获得更加快速的动态性能和稳定的静态性能。     

基于网络控制系统的感应电机非线性控制

针对网络控制系统中存在不确定时延的问题,讨论了网络条件下感应电机的建模与控制．首先基于感应电机的非线性数学模型,运用直接反馈化方法将其线性化,然后在线性化的基础上引入具有时延的网络控制系统,建立了感应电机的网络化控制模型．运用李亚普诺夫函数方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件,基于相应的线性矩阵不等式可行解,可以求解状态反馈控制律．最后,仿真结果验证了该方法的有效性．     

Linearizing control of induction motor based on networked control systems

A new approach to speed control of induction motors is developed by introducing networked control systems （NCSs） into the induction motor driving system. The control strategy is to stabilize and track the rotor speed of the induction motor when the network time delay occurs in the transport medium of network data. First, a feedback linearization method is used to achieve input-output linearization and decoupling control of the induction motor driving system based on rotor flux model, and then the characteristic of network data is analyzed in terms of the inherent network time delay. A networked control model of an induction motor is established. The sufficient condition of asymptotic stability for the networked induction motor driving system is given, and the state feedback controller is obtained by solving the linear matrix inequalities （LMIs）. Simulation results verify the efficiency of the proposed scheme.     

LQG算法在双容水箱网络控制系统中的应用研究

针对网络控制系统中由于随机延时而导致系统不稳定的问题,描述了网络化预测控制系统的设计和实现.首先用机理法建立了双容水箱的数学模型,然后通过LQG算法调整到较好的控制参数,最后设计网络预测控制器和网络延时补偿器来补偿随机延时,使系统控制性能得到了较大的提高,取得了较好的仿真效果.     

基于双边闭环函数的网络化采样控制系统稳定性分析EI北大核心CSCD

考虑数据通信时延不确定环境下网络化采样控制系统的稳定性问题.首先基于输入时滞方法,建立包含采样周期信息的网络化采样控制系统的数学模型,在此基础上,采用双边闭环函数方法和自由矩阵积分不等式技术,得到网络传输时滞变化区间依赖稳定性新准则,并进一步讨论了网络化采样控制系统中网络时延与采样周期之间的关系.仿真结果表明减小采周期可以增强网络控制系统对网络通信时延的鲁棒性.     

基于GPC算法的网络控制系统研究

针对具有随机时延的一类网络控制系统(NCS),文章设计了一种基于时延补偿和广义预测控制(GPC)算法的控制器。该控制器根据数据包的时间戳计算传感器-控制器时延,通过时延补偿得到被控对象当前的状态和输出,采用GPC算法计算控制量。仿真结果证实了该控制器的有效性。     

MIMO网络控制系统的稳定性分析

推导了多输入多输出网络控制系统的时滞离散时间数学模型，此模型包括了控制网络的网络延时．提出了一种新的网络控制系统稳定性分析方法，得到了使系统稳定的各网络延时应满足的条件．只要系统的网络延时满足这些条件，网络控制系统的极点便分布在复平面内的一个圆形区域内．若此圆形区域在单位圆内，网络控制系统就是稳定的．仿真实验验证了所提理论的有效性．     

一种基于区间分割的网络控制系统时延补偿方法

网络控制系统中的时延是影响系统稳定性和动态性能的一个关键因素．本文在对网络时延进行大量测量分析的基础上，通过改进传统网络控制系统结构，提出了基于区间分割的时延补偿方法．仿真结果表明该方法可以显著改善网络控制系统的性能．     

Stabilization of Uncertain Systems With Markovian Modes of Time Delay and Quantization Density

This work studies the stabilization of a class of control systems that use communication networks as signal transmission medium. The lateral motion of independently actuated four-wheel vehicle is modeled as an uncertain-linear system. Time delay and quantization density are modeled as Markov chains. The networked control systems (NCSs) with plants being lateral motion are first transformed to switched linear systems with uncertain parameters. Sufficient and necessary conditions for the stochastic stability of closed-loop networked control systems are then established. By solving the matrix inequalities, this work presents an output-feedback controller that depends on the modes of time delay and quantization density. The controller performance is illustrated via a vehicular lateral motion system.      

存在时延和数据丢失的网络控制系统的控制器设计

研究了存在时延和数据丢失的网络控制系统的控制器设计问题．鉴于数据丢失现象和网络诱导时延的存在,将网络控制系统建成随机时延切换模型．利用李亚普诺夫方法,给出了使网络控制系统均方渐近稳定的新颖且与时延相关的条件．基于这个条件,理想的控制器可通过求解若干个线性矩阵不等式得到．利用一个数值例子证明了方法的有效性．