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.     

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.     

DoS攻击下网络化控制系统基于观测器的记忆型事件触发预测控制

本文研究了DoS攻击下网络化控制系统记忆型事件触发预测补偿控制问题. 首先, 由于网络带宽资源有限 和系统状态不完全可观测性, 引入了记忆型事件触发函数, 为观测器提供离散事件触发传输方案. 然后, 分析了网络 传输通道上发生的DoS攻击. 结合上述记忆型事件触发方案, 在控制节点设计一类新颖的预测控制算法, 节省网络 带宽资源并主动补偿DoS攻击. 同时, 建立了基于观测器的记忆型事件触发预测控制的闭环系统, 并且分析稳定性. 通过线性矩阵不等式(LMI)和Lyapunov稳定性理论, 建立了控制器、观测器和记忆型事件触发矩阵的联合设计方案, 并验证了该方案的可行性. 仿真结果表明, 该方案结合记忆型事件触发机制可以有效补偿DoS攻击, 节约网络带宽 资源.     

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...     

一类异步网络控制系统的分析与建模

针对具有异步时序和状态反馈的异步网络化控制系统，分析了在短时延单包传输、多包传输、单包传输有数据包丢失、多包传输有数据包丢失和长时延单包传输等不同网络条件下网络化控制系统的特点，在此基础上首次提出了各种不同条件下网络化控制系统的统一建模方法。这种包含系统噪声的离散状态空间模型的建立，为网络化控制系统的准
准确辨识和有效控制奠定了基础。     

网络化控制系统的预测控制方法设计

网络化控制系统(NCSs)是一种通过实时化网络进行数据传输的控制系统.控制系统中的传感器、控制器、执行器等往往通过网络连接起来形成闭环控制系统.然而实际系统中由于带宽限制等客观因素,存在有因网络诱导延迟而引起的系统性能下降问题.考虑了前向通道,反馈通道中同时存在网络诱导时延情况下的网络预测控制(NPC)设计问题,提出了一种新的网络预测控制方法,用以克服网络诱导时延对系统性能带来的影响.     

网路化双线性系统的预测控制优化算法研究

本文对一类离散时间双线性系统进行网络化预测控制研究.针对控制系统网络信道传输引起的前向通道和反馈通道时延问题,基于双线性系统结构特性提出2种逐步优化算法对非凸优化问题进行求解,进而得到未来时刻的预测控制序列.仿真实例说明所求预测控制序列可以主动补偿网络引起的时延问题,从而说明所提出预测控制算法的有效性.     

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.     

基于动态通信调度的网络化系统最优控制

针对存在介质访问约束的网络化控制系统,研究其中的控制和通信协同设计问题.将网络化控制系统建模为输入矩阵随介质约束而变化的切换系统,运用最优控制理论和切换系统分析方法,设计了可动态调度的最优控制器及实时切换规则,并分析了动态调度下闭环网络化控制系统的稳定性,最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

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.     

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.      

A two-tier control architecture for nonlinear process systems with continuous/asynchronous feedback

In this work, we introduce a two-tier control architecture for nonlinear process systems with both continuous and asynchronous sensing and actuation. This class of systems arises naturally in the context of process control systems based on hybrid communication networks (i.e. point-to-point wired links integrated with networked wired or wireless communication) and utilising multiple heterogeneous measurements (e.g. temperature and concentration). Assuming that there exists a lower-tier control system which relies on point-to-point communication and continuous measurements to stabilise the closed-loop system, we propose to use Lyapunov-based model predictive control to design an upper-tier networked control system to profit from both the continuous and the asynchronous measurements as well as from additional networked control actuators. The proposed two-tier control system architecture preserves the stability properties of the lower-tier controller while improving the closed-loop performance. The theoretical results are demonstrated using two different chemical process examples.     

网络控制中基于FSMC观测器的时延补偿

针对网络控制系统中因存在通讯时延、网络诱导噪声及数据丢失等而可能引起系统性能降低或不稳定的问题,利用模糊滑模控制理论,在时延存在的情况下,基于观测器建立不确定网络控制系统模型;并利用预估方法对网络控制系统的时延进行补偿,从而保证系统的稳定。设计模糊滑模控制器（FSMC）来抑制网络控制系统中的诱导噪声及滑模面上的“抖动”,以及采用预估补偿策略处理网络中的时滞和数据包丢失等,可有效保证系统的稳定。仿真实例表明了该算法的合理性、有效性。     

Tracking Control of Multi-Agent Systems Using a Networked Predictive PID Tracking Scheme

With the rapid development of network technology and control technology, a networked multi-agent control system is a key direction of modern industrial control systems, such as industrial Internet systems. This paper studies the tracking control problem of networked multi-agent systems with communication constraints, where each agent has no information on the dynamics of other agents except their outputs. A networked predictive proportional integral derivative(PPID) tracking scheme is proposed t...     

An output formation consensus control for leader–follower networked multi-agent systems under communication constraints and switching topologies

In this paper, the formation consensus problem for a class of leader–follower networked multi-agent systems under communication constraints and switching topologies is investigated. A networked predictive control scheme is proposed to achieve stability and output formation consensus with the switching topology, capable of compensating for data loss and time delays in the network. By equating the whole closed-loop networked multi-agent system with the proposed control scheme to the corresponding switched system, the sufficient and necessary condition of output formation consensus and stability for agents is given. Finally, using three-degree-of-freedom air-bearing spacecraft simulators as the control objects, the proposed scheme is demonstrated to be able to actively compensate for the communication constraints through numerical simulations, and it is also verified to have a good control performance by further realizing the formation task of the simulators through practical experiments.     

网络控制系统的预测补偿

针对网络控制系统中存在长时延和数据丢包的情况,通过在控制器节点前设置缓冲器,并设计预估控制产生器和时延补偿器,提出了一种预测补偿控制方案,有效地克服了长时延、数据丢包和时序错乱问题对实际网络控制系统稳定性所造成的影响．证明了采用上述控制方案时闭环网络控制系统的稳定性,最后提供的仿真实例验证了该控制方案的有效性．     

异构多无人机网络化协同控制系统的可控性

研究具有Leader-Follower结构和分布式通信拓扑的异构多无人机网络化分布式协同控制系统的可控性问题. 基于同构网络的受控一致性思想建立了异构多飞行器网络控制系统的动态模型; 并针对该动态模型的不同形式, 基于代数图论和传统的控制理论, 分别得到了异构多无人机网络化协同控制系统的可控性条件, 尤其是可控性与该网络化系统中通信拓扑之间的关系; 然后分析且提出了改善系统可控性的可行性方法. 最后仿真结果验证了本文相关结论的正确性.