神经网络预测远程控制系统中信息延时的研究

针对网络控制系统中前向通道和反馈通道同时存在随机延迟及延时不确定的问题,通过实例分析了随机延时对闭环控制系统影响的根源,提出了通过基于神经网络的预测控制方法解决存在网络随机延时的控制系统闭环控制的可行性。仿真结果表明该方法能够反映并预测该测量数据所代表的网络路径之间的时延特性,并能在基于Internet的闭环控制系统的设计中有效地替代实际网络进行研究;而所用的方法具有快速、准确的特点,能用于在线学习网络模型并对网络的时延值进行预测,为基于Internet的远程闭环控制提供了新的思路。     

网络控制系统的仿真研究

利用TrueTime对服从固定延时的网络控制系统进行了具体仿真,得到了较好的结果,说明TrueTime是一种较好的网络控制系统仿真工具.另外利用SimEvents对基于网络延时服从均匀分布的随机网络控制系统进行仿真,得到较好结果,说明SimEvents是一种对离散事件仿真的有效工具,同时也说明推导的随机最优控制律来控制带有随机延时所介绍的网络控制系统也是可行的.     

网络控制系统中考虑动态延时的广义预测控制算法

基于网络控制系统的状态空间统一模型和对网络动态延时的预测,提出了一种预测步数可变的广义预测控制算法,并基于实际对象的数学模型进行了仿真验证．结果表明,所提算法可很好地适应延时波动,且具有较好的控制效果．     

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。     

非线性无线网络控制系统的切换模糊控制

无线网络控制系统解决了一些特殊场合不便于线缆铺设的问题.从控制系统角度减小无线网络中随机延时对系统性能的影响,成为近年来研究的难点和热点之一.针对一类被控对象为非线性系统的无线网络控制系统中产生了随机延时,提出一种切换模糊控制方法.首先基于T-S模糊模型将对象线性化,设计求解不同延时下的最优状态反馈模糊控制器,再用网络传输延时作为切换信号,将闭环控制系统转化为一个切换模糊控制模型,通过切换模糊控制,实现对整体非线性系统的逼近与控制.最后通过实例验证了所提出方法的有效性.     

基于模型输出反馈的网络控制系统研究

分析了国内外网络控制系统的研究现状,研究了基于模型结构的网络控制方法,提出了基于输出状态反馈的具有延时补偿功能的预测控制器的设计方法.同时还给出了离散域的网络化输入多率采样控制系统全局指数稳定的充要条件.最后分析了模型误差对最大通讯间隔的影响,仿真结果表明了该设计及控制方法的正确性和有效性.     

长延时网络控制系统的建模与控制

分析了长延时网络控制系统的3种情况：延时的变化范围小于一个采样周期l延时随机且有序；延时随机且无序，建立了相应的数学模型，并在此模型的基础上，设计了降维状态观测器和基于观测器的反馈控制律，仿真结果证明了该模型的有效性和控制律的可行性。     

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.     

多包传输网络控制系统的对象建模

由于将通讯网络的引入,不可避免地引起传输延时。网络传输延时的存在使网络控制系统的分析和设计更加复杂和困难,尤其是多包传输的网络控制系统。在分析网络多包传输原因的基础上,研究了多包传输网络控制系统的对象建模。系统中传感器采用时间驱动的方式,控制器和执行器采用事件驱动的方式。在考虑系统噪声和网络诱导延时大于一个采样周期的情况下,给出了多包传输的网络控制系统模型。此模型可以用来分析系统的性能。     

基于最优灰色预测的网络控制系统研究

具有随机不确定性网络延时是网络控制系统的重要特点,也是需要解决的首要问题。本文采用灰色预测模型对网络延时建模,并根据最优化理论对其优化,结合预测函数控制实现网络控制系统的控制算法。最后使用True-time软件包和MATLAB进行算法仿真。仿真结果验证了该算法对网络控制系统各种延时具有良好的补偿效果。     

网络化预测控制系统的设计,分析与实时实现

采用预测控制策略, 讨论网络化控制系统的设计, 分析与实时实现. 对网络化控制系统的特点进行详细分析, 表明网络化控制系统与传统的控制系统有很大的不同. 为了达到期望的闭环网络化控制系统的性能, 引入网络化预测控制方案, 并对网络化预测控制系统的设计、稳定性分析和实时实现进行深入研究. 本文采用仿真和实际实验, 展示网络化预测控制方案可以弥补随机网络通信延迟和数据丢失、达到期望的控制性能、并具有良好的闭环系统稳定性.     

具有多传输通道系统的网络化预测控制

本文研究了一类具有多传输通道网络化系统的控制问题,基于网络化预测控制方法,提出了一种改进型的分布式预测补偿方式,从而更有效地利用反馈数据来提高控制系统的性能.对闭环网络化预测控制系统进行分析,得到其稳定性条件,特别地,在模型精确已知和多传输通道的时延为定常的情况下,该条件将会退化为本地控制的闭环系统稳定性条件.上述结论的好处是网络化预测控制系统中状态观测器和控制器的设计可以参考本地控制.通过球杆系统算例验证本文所提方法的正确性和有效性.     

球杆系统的网络化控制设计与实现

网络诱导时延和数据包丢失、错序等问题会严重影响网络化控制系统的性能甚至使系统不稳定.对于球杆系统这样具有开环不稳定和典型的非线性特征的系统来说尤其明显.为了解决这一问题,采用网络化预测控制算法(Networked Predictive Control,NPC)来设计球杆网络化控制系统.介绍了网络化预测控制算法的设计,球...     

A new networked predictive control approach for systems with random network delay in the forward channel

This article is concerned with the design of a networked predictive control (NPC) scheme with random network delay in the forward channel. A new design method of NPC is proposed. Correspondingly, the necessary and sufficient conditions on the stability of the closed-loop networked control system are derived. The merit of the proposed design method lies in its decreased conservativeness, which is achieved by packing the current predictive control signal with history predictive signals. By this means, the future plant input is known. Therefore, the state predictor can be designed such that its performance and stability will not be affected by the future input of the plant, while the existing design methods of NPC cannot do so. The proposed design method is shown to be much less conservative than the existing result through several examples.     

Coordination of Networked Nonlinear Multi-Agents Using a High-Order Fully Actuated Predictive Control Strategy

This paper is concerned with the coordinative control problem of networked nonlinear multi-agents (NNM) with communication delays. A high-order fully actuated (HOFA) model is introduced to describe the nonlinear multi-agents. Based on this model, a HOFA predictive coordination method is proposed to compensate for the communication delays actively and achieve simultaneous stability and consensus. This method largely simplifies the design of networked nonlinear multi-agents and makes the control performance be same for networked nonlinear multi-agents with and without communication delays. The analysis on the closed-loop systems derives the simultaneous stability and consensus criteria of networked nonlinear multi-agents using the HOFA predictive coordination method. With the presented way of designing HOFA predictive coordination controllers, a simulated example demonstrates the advantages of the proposed method.      

具有时变通信受限非线性信息物理系统的网络化预测控制

针对具有时变通信受限的一类非线性信息物理系统,本文采用网络化预测控制策略,对于时变通信时延和数据丢失,不是使用常规的被动方式抑制,而是进行主动补偿.为了使补偿时变通信受限的方式简单、主动和通用,提出了一种新颖的网络化非线性预测控制方法.所设计的网络化非线性预测控制器能达到具有与无网络的本地闭环控制系统完全相同的期望控制...     

具有状态观测器的网络化控制系统的设计

研究存在时变延迟和丢包的非理想网络传输情况下带状态观测器的网络化控制系统设计问题.提出一种基于分级控制结构的、具有本地状态观测器的网络化控制系统的设计方法,证明了基于分级控制结构的网络化控制系统满足分离定理的充分条件.该方法在降低系统设计难度的同时,有效改善了网络化控制系统的控制性能.数值仿真表明了所提出方法的有效性.     

Stability analysis on networked control systems under double attacks with predictive control

In this paper, stability of a networked control system under denial‐of‐service and false data injection attacks is analyzed with a predictive control method. To model denial‐of‐service attacks on the forward channel of networked control system, game theory is introduced for obtaining balanced results by denial‐of‐service frequency and duration. Then, measurement outputs of the networked control system are maliciously modified in the feedback channel. Under this double attack strategy, the stability of networked control system with predictive control is analyzed using a switched system method. By comparing three types of attack models, advantages of the double attacks are discussed to illustrate the necessity of this research. A numerical simulation is given to demonstrate effectiveness of the proposed methods on a networked control system under double attacks.     

基于网络的运动控制系统预测控制研究

针对一类基于网络的运动控制系统中存在的时延和丢包问题进行研究。对于网络运动控制系统存在数据时延和丢包的情况,建立网络运动控制系统模型。在此模型下,对预测函数控制算法进行分析,设计了预测函数控制产生器和数据延时预测补偿器,并研究相应的补偿策略。仿真分析表明算法的合理性和有效性。     

面向数据包丢失补偿的网络化广义预测控制

针对网络化控制系统中存在的数据包丢失,考虑了基于状态空间模型的网络化广义预测控制问题;在假设反馈通道和控制通道的数据包丢失过程确定可知的情况下,提出了一种采用预测器和预测控制器分别补偿反馈通道和控制通道的数据包丢失对系统性能影响的方法,通过把广义预测控制问题转化为滚动线性二次型最优跟踪问题,基于动态规划给出了网络化广义预测控制器的设计方法,并基于Ricoati差分方程非负定解的单调性,给出了末端加权矩阵保证系统稳定性的充分条件,最后通过仿真验证了所提出方法的有效性.