时变有界变采样网络控制系统的保性能控制

考虑采样周期和时延是时变不确定的,研究网络控制系统的保性能控制问题.首先将其建模成离散系统,将周期和时延的不确定性利用泰勒公式转化成系统矩阵的不确定性,并将系统转化为动态区间系统,通过求解线性矩阵不等式的最优解设计最优保性能控制器.由于该方法同时考虑了周期和时延的变化,因此设计的控制器更符合实际,仿真结果表明该方法简单有效.     

时变采样周期网络控制系统混合H_2/H_∞动态输出反馈控制

针对网络化控制系统中出现的时变采样周期和时延现象,讨论混合鲁棒H2/H∞控制性能约束下的控制问题。先通过矩阵Jordan变换,将时变采样周期和时延的不确定性转变为系统参数的不确定性,建立离散时间凸多面体不确定系统模型;然后以线性矩阵不等式的形式,构建参数依赖Lyapunov函数,给出保证系统渐近稳定并满足混合鲁棒H2/H∞性能的动态输出反馈控制器存在的充分条件和控制器的具体参数。数值仿真结果表明所设计的控制器能够保持系统渐近稳定。     

基于观测器的网络控制系统均方指数稳定控制器设计

针对具有随机时延、状态难以测量等问题的网络控制系统,提出一种基于状态观测器的均方指数稳定控制器设计方法.使用变采样周期的方式将网络控制系统离散化,将系统建模为马尔科夫跳变系统,然后设计了基于状态观测器的反馈控制器,证明了闭环系统的均方指数稳定性,通过求解线性矩阵不等式给出了观测器和控制器反馈增益设计方法.仿真结果验证了所提设计方法的有效性.     

随机区间时延的网络控制系统控制器设计

针对网络控制系统中网络存在时延问题,采用随机时延建模方法,将不同负载情况下的时延表示成区间变量,通过具有范数有界不确定性的离散Markov跳变系统描述系统模型,进行系统的随机稳定性分析,基于线性矩阵不等式设计状态反馈控制器.最后通过数值仿真验证控制器设计算法的有效性.     

具有包丢失和时延的网络控制系统的随机稳定性

考虑了具有包丢失和网络诱导时延的网络控制系统的随机稳定性。首先通过引入等价时延的概念来描述数据包丢失的数目、网络诱导时延与采样周期大小之间的关系。然后将网络控制系统建模为离散时间跳变系统,其等价时延由Markov链控制。最后用线性矩阵不等式和随机稳定理论给出所得系统随机稳定的充分条件和动态的状态反馈控制器。数值算例验证了该方法的有效性和优越性。     

网络控制系统的补偿预估器设计及稳定性分析

针对网络控制系统中的网络时延和数据包丢失问题,提出了在网络控制系统的控制器节点使用补偿预估的方法,以提高控制系统的性能.补偿方法针对网络时延,预估方法针对数据包丢失.通过构造增广状态向量,建立了统一的系统模型,当时延小于一个采样周期且数据包传输率一定时,将使用了补偿预估方法建模的该系统看作是具有两个事件的异步动态系统,并推导出系统指数稳定的充分条件.仿真结果表明,所提出的方法能有效提高控制系统的性能.     

一类不确定网络控制系统的鲁棒容错控制

针对一类具有网络诱导时延和传感器故障或执行器故障的不确定网络控制系统,研究基于不确定状态反馈的鲁棒容错控制器设计方法.针对具有不确定性参数的被控对象模型,考虑网络诱导时延对系统的影响,分别引入传感器失效开关矩阵和执行器失效开关矩阵,建立基于不确定状态反馈控制器的闭环故障网络控制系统模型,采用Lyapunov方法给出闭环故障网络控制系统对传感器失效或执行器失效具有完整性且对参数不确定性具有鲁棒性的充分条件.最后通过仿真实例验证了该方法的有效性.     

不确定网络化控制系统保性能控制器设计

针对一类具有时变网络诱导时延的不确定网络控制系统,研究了一种可以对时变时延进行补偿的保性能控制器的设计问题。通过引入两个附加的松弛矩阵使Lyapunov矩阵和系统矩阵分离,得到了一个新的时延补偿保性能判据,并基于该判据设计了系统的保性能状态反馈控制器。当将其应用于具有凸多面体不确定性的网络控制系统时,可以得到与系统不确定性相关联的Lyapunov函数,有效降低了设计的保守性,并且设计了一个迭代算法来得到问题的优化解。最后通过一个算例验证了所提出的时延补偿策略的可行性和优越性。     

CSTR系统的Ⅱ型模糊控制器设计

将连续搅拌槽反应系统转化为带有结构时变不确定性的线性系统,利用二型模糊控制原理,对该不确定性系统进行控制器设计,从而达到对具有参数不确定性的复杂非线性连续搅拌槽反应系统的稳定控制。仿真结果表明Ⅱ型模糊控制器可以将带有时变时延特性且具有参数不确定性的CSTR系统,稳定控制在其不稳定的工作点上。     

网络控制系统的时延特性分析

在网络控制系统中，由网络产生的信息传输时延对系统的控制性能有重大影响.时延会降低系统的控制性能，使系统稳定范围变窄，甚至可能使系统不稳定.首先概述了网络控制系统及固有的特点，随后深入分析了网络控制系统中时延产生的原因以及采用随机访问和调度两类访问方式的控制网络中时延特性，阐明了时延对系统性能的影响，并通过实例给出了系统稳定时延和采样周期之间的约束关系.该约束关系可作为选择采样周期的参考依据.     

探地雷达回波信号等效采样控制系统硬件设计

针对无载频探地雷达系统具有复杂的系统时序控制的特点,设计了一种利用FPGA配合可编程延时器件和时变增益器件来完成复杂时序控制的硬件系统.该系统由信号处理器DSP发出控制指令并完成后期算法,再通过USB2.0实现与上位机的数据通信,给出并验证了以DSP为核心、以FPGA实现探地雷达数据采集控制的方法,实现了最小半脉宽2ns的等效采样,最小延时0.15ns、最大延时1313.25ns的采样时窗,及理论数据吞吐量为480Mbit/s的数据传输.系统的集成度高,可嵌入应用,硬件易更新.     

基于互联网无刷直流电机传动系统的控制策略

为了方便处理网络控制系统中的时变延时问题,运用时间戳BP神经网络对每一采样周期的延时数据进行在线、实时预测,建立无刷直流电机网络控制系统的数学模型,导出系统离散状态方程,并基于时间乘误差绝对值积分最小(ITAE)优化控制策略提出初次优化设计方法;为了对无刷直流电机传动系统的量测噪声、突加负载扰动及模型随机干扰进行有效补偿和抑制,采用卡尔曼滤波进行状态估计,同时引入李雅普诺夫稳定性理论求取该系统最优状态反馈矩阵,实现网络控制系统的再次优化.仿真结果表明,该方法能够有效提高传动系统的静动态性能和抗干扰水平．     

网络控制系统中采样周期的优化选取方法

对网络环境下的控制系统时延进行了分析,讨论了系统采样周期和网络时延对网络控制系统的影响,以优化控制系统性能为目标,以网络的可调度性为条件,结合系统控制与网络调度,给出了NCS的优化模型和采样频率的求取方法,并给出了优化实例。结果表明:该调度算法既满足了控制系统的性能,又优化了网络调度,提高了网络资源的利用率,为选择网络控制系统采样周期提供了指导方法。     

Adaptive predictive functional control based on Takagi-Sugeno model and its application to pH process

In order to obtain accurate prediction model and compensate for the influence of model mismatch on the control performance of the system and avoid solving nonlinear programming problem, an adaptive fuzzy predictive functional control (AFPFC) scheme for multivariable nonlinear systems was proposed. Firstly, multivariable nonlinear systems were described based on Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy models; assuming that the antecedent parameters of T-S models were kept, the consequent parameters were identified on-line by using the weighted recursive least square (WRLS) method. Secondly, the identified T-S models were linearized to be time-varying state space model at each sampling instant. Finally, by using linear predictive control technique the analysis solution of the optimal control law of AFPFC was established. The application results for pH neutralization process show that the absolute error between the identified T-S model output and the process output is smaller than 0.015; the tracking ability of the proposed AFPFC is superior to that of non-AFPFC (NAFPFC) for pH process without disturbances, the overshoot of the effluent pH value of AFPFC with disturbances is decreased by 50% compared with that of NAFPFC; when the process parameters of AFPFC vary with time the integrated absolute error (IAE) performance index still retains to be less than 200 compared with that of NAFPFC.     

基于广义系统模型的网络控制系统问题

首先研究了当被控对象为广义系统时，基于模型的网络控制系统的运行特性.基于模型的网络控制系统的特点是在传感器与控制器之间添加了一个模拟模型，利用被控对象经过网络传输后的带有误差的信息(包括被控对象的状态量)来对被控对象的原始状态量进行模拟.随后建立了针对广义系统对象的基于模型的网络控制系统数学模型.当网络诱导时延为小于一个采样周期的常数时，对系统的稳定性进行了分析.最后，通过一个数值算例说明了建模方法和稳定性分析判据的有效性.     

自适应死区时间控制的数字控制ACF变换器

为了提高有源箝位反激(ACF)变换器的转换效率,提出基于自适应死区时间控制(ADTC)的数字控制ACF变换器设计技术. 通过副边采样检测2个原边功率管的零电压开关(ZVS)信息,实现对死区时间的自适应控制和功率管的ZVS,副边采样使采样器件的耐压要求降低. 基于CoolMOS功率管,开发ACF变换器的45 W (20 V/2.25 A)样机验证系统设计,用现场可编程门阵列(FPGA)实现数字控制. 测试结果表明,变换器在300 kHz开关频率下正常工作,在155 V直流电压输入和不同负载条件下自适应控制死区时间,实现原边功率管的ZVS,系统最高和最低效率分别为97.48%和92.86%.     

航天器姿态跟踪的非线性离散滑模仿真模型设计

为提高三轴稳定刚体航天器对时变参数摄动及外界环境干扰的鲁棒性能,提出一种基于非线性离散滑模控制的姿态跟踪控制系统设计方法.建立了航天器姿控模型,针对该模型中存在的时变特性与干扰力矩,将原系统进行反馈线性化解耦和模型离散化,由离散指数趋近律推导了离散滑模姿态控制律.依据某航天器的模型数据进行的仿真结果表明,所设计的离散滑模姿控系统在确保航天器姿态稳定的同时,实现了各通道的解耦控制,可有效减小干扰引起的姿态角跟踪偏差,对系统外干扰和内部参数摄动都具有良好的鲁棒性能,同时还验证了对指令跟踪的动态性能与采样周期的关系.     

网络控制系统的动态权重变采样周期调度算法

为提高网络控制系统的性能,提出一种用于网络控制系统的动态权重变采样周期调度算法.首先,通过二次平方根映射函数,根据控制回路数据传输误差对各个控制回路赋予不同的动态权重;然后,根据当前网络运行状况,通过比例控制预测新的网络利用率,同时利用最小二乘支持向量机算法预测各回路数据包传输时间;最后,在网络带宽资源受限的情况下,利用回路动态权重、网络利用率预测值并结合控制回路数据包传输时间,动态的调整回路的采样周期,使得网络控制系统的性能得到优化.仿真实验表明,提出的变采样周期调度算法能够使得网络利用率收敛到设定值,减少了控制回路的数据传输时延,提高了系统的输出响应与控制性能.     

马尔可夫跳变系统的有限时间保性能控制

本文主要研究具有时变时滞的脉冲随机马尔可夫跳变系统的有限时间保性能控制问题.通过选取模态相关的李雅普诺夫泛函,使用线性矩阵不等式(LMI)、平均驻留时间方法等技术,得到一些新的充分条件来确保系统有限时间稳定,并给出了系统的上界性能指标.基于该充分条件设计了系统的状态反馈保性能控制器.最后,利用Matlab的LMI工具箱进行数据仿真,得到相应的均方轨迹图.数值例子结果表明,得到的仿真结果和理论结果一致,验证了文中理论的有效性.