基于强化学习的移动传感器网络时延系统控制数学建模

为了提高移动传感器网络时延系统控制能力,提出基于强化学习的移动传感器网络时延系统控制模型,采用高阶近似微分方程构建移动传感器网络时延系统的控制目标函数,结合最大似然估计方法进行移动传感器网络的时延参数估计,采用强化学习方法进行移动传感器网络的收敛性控制和自适应调度,建立传感器网络时延系统控制的多维测度信息配准模型,在强化跟踪学习寻优模式下实现移动传感器网络时延系统的自适应控制。仿真结果表明,采用该方法进行移动传感器网络时延系统控制的自适应性较好,时延参数估计准确度较高,控制过程的鲁棒性较强。     

基于时延预测模型的网络补偿控制器设计*

针对网络控制系统中随机双向通道时延引起的不确定性问题,提出一种基于时延在线预测模型改进的补偿控制方法。首先,基于自回归模型构建时延预测模型,通过递推最小二乘法实时更新模型参数以预测前向通道时延,并由区间分割法获得高精度的环回时延;然后,设计状态预估器、网络预测器和时延补偿器对环回时延进行补偿,进一步提高系统性能。采用TrueTime工具箱构建网络闭环仿真系统以仿真实际的网络传输情况,同时对PI控制、传统的时延补偿控制以及改进后的时延补偿控制进行对比实验,验证该方法的优越性。     

无源散射变换的双边移动机器人网络遥操作

网络遥操作系统的随机时延给控制器设计带来巨大挑战,严重时破坏系统的稳定性。首先对遥操作无源理论及其波变量控制方法做了简单综述,然后提出直接无源散射变换方法,它将无源双边控制方法推广到具有随机时延的网络遥操作系统中去,保证网络遥操作系统在任何不对称随机网络时延情况下稳定。最后基于此变换方法设计了一个虚拟主从手双边移动机器人网络遥操作方案,并进行了仿真验证,结果表明结出的设计方法能满足系统性能要求。     

网络控制系统的时延和负载分析

针对运动体机械和大型制造装备多机电子系统协调运动控制所涉及的控制网络的特殊性,分别从控制和网络两方面给出了回路时延和网络时延的界定,并从目的、性质和获取方法等角度进行了比较．通过对网络时延的特性和评价指标的理论分析和数学描述,指出在系统运行过程中网络负载和负载波动是产生时延和时延抖动的直接原因,进一步讨论了控制网络中的负载构成和具体的估计方法．仿真结果验证了理论分析方法的有效性．     

移动机器人网络控制系统的输出反馈控制

以线性时不变系统为被控对象,建立了四轮移动机器人网络控制系统的离散数学模型。诱导时延是影响系统性能的关键因素,通过在节点中设置缓冲区的方法可以将网络控制系统中的随机诱导时延转化为确定性时延,从而将网络控制系统由随机系统转化为确定性系统。通过被控对象移动机器人控制实验系统,设计了一个能处理网络诱导时延的输出反馈控制器,分析了采样周期和网络诱导时延对网络控制系统稳定性的影响。仿真结果表明了该控制器和控制策略的正确性及有效性。     

网络控制系统时延解决方案的研究

网络系统中存在着延时、丢包等问题,在传统的控制系统中引入网络作为信号传输媒介后,会降低系统的控制性能,甚至造成系统的不稳定。传统的控制方法对于网络控制系统已经不再适用,因此采用预测控制的算法对网络系统的时延问题进行了深入研究。通过Matlab仿真,结果显示网络预测控制能够在不稳定时延的网络环境中保证良好的控制输出。针对网络时延的预测控制的数学实现方法进行了详细介绍,对广大工程应用能够起到积极的引导作用。     

网络控制系统的模糊自适应PID控制

针对网络控制系统中网络时延补偿的问题,提出了一种模糊自适应PID控制器的设计方法,通过利用在线时延估计方法对时延进行预估计,根据估计时延值在线调节PID三个参数,从而改善系统的性能。对基于控制局域网络(CAN)总线的典型工业过程进行了仿真实验。结果表明,与常规PID的控制器比较,采用设计的PID控制器能补偿网络上的时延,更加有效的抑制了时延对网络控制系统的影响并提高了系统的性能。     

基于内模控制的无线网络控制系统设计

无线网络控制系统由于网络的存在产生诱导时延,时延影响系统稳定性,甚至使系统失去控制。针对这一现象,提出一种基于内模控制的无线网络控制系统设计,在被控对象端添加预估模型,从结构上实现无需确知网络时延的大小,在被控对象预估模型与真实模型相等的情况下,可实现对网络时延的完全补偿。内模控制器的参数调整方便,设计方法简单并容易实现,仿真结果验证了该系统具有良好的跟踪性能,较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

长时延和丢包的网络控制系统保性能控制

为了研究具有长时延和丢包的网络控制系统保性能控制问题,假设传感器由时钟驱动,控制器和执行器由事件驱动,网络时延在两个采样周期之间,丢包具有马尔科夫跳变特性,利用状态增广的方法,把具有长时延和丢包的网络控制系统建模为具有两种运行模式的离散时间马尔可夫跳变系统,把网络时延转化为系统参数矩阵的不确定性.在此基础上,利用马尔可夫线性跳变系统理论和线性矩阵不等式方法,推导出使网络控制系统随机稳定的保性能控制律存在的充分条件,并给出了设计方法.数例仿真说明了所用方法的有效性.     

一类具有随机时延的网络化控制系统的广义预测控制

网络化控制系统中,各种恒定、时变或者随机的网络时延会导致系统控制性能的下降甚至不稳定。针对基于交换式以太网所造成的随机网络时延问题,结合对系统结构及时延特征的分析,给出了一种基于广义预测控制的控制方法,该方法采用网络时间戳机制和模型的在线辨识,能够准确地测量系统输出并及时对预测值进行在线修正,实现对随机时延的网络化控制系统的有效控制。最后通过仿真验证了该方法的有效性。     

汽车磁流变半主动控制系统中的时滞与补偿

时滞对控制系统的性能影响比较大,该文以带有时滞的1／4车辆磁流变半主动悬架为研究对象对此进行了研究,设计了采用史密斯预估补偿的最优控制器,分析了不同滞后时间和采用史密斯补偿两种情况对车辆操纵稳定性和平顺性的影响。结果表明,时滞对非簧载质量振动（稳定性）比簧载质量振动（平顺性）的影响要大,对于大的时滞,基于磁流变技术的汽车半主动控制系统仍然稳定,采用史密斯补偿后该半主动控制系统仍能取得一定的平顺性,轮胎动载荷也得到了改善,其性能要优于完全主动控制系统,这说明了该文所述的史密斯补偿方法是有效的。     

On robustness of predictor feedback control of linear systems with input delays

This paper is concerned with the robustness of the predictor feedback control of linear systems with input delays. By applying certain equivalent transformations on the characteristic equation associated with the closed-loop system, we first transform the robustness problem of a predictor feedback control system into the stability problem of a neutral time-delay system containing an integral operator in the derivative. The range of the allowable input delay for this neutral time-delay system can be computed by exploring its delay dependent stability conditions. In particular, delay dependent stability conditions for the neutral time-delay system are established by partitioning the delay into segments. The conservatism of this method can be reduced when the number of segments in the partition is increased. Numerical examples are worked out to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

Subspace-based identification of discrete time-delay system

We investigate the identification problems of a class of linear stochastic time-delay systems with unknown delayed states in this study. A time-delay system is expressed as a delay differential equation with a single delay in the state vector. We first derive an equivalent linear time-invariant (LTI) system for the time-delay system using a state augmentation technique. Then a conventional subspace identification method is used to estimate augmented system matrices and Kalman state sequences up to a similarity transformation. To obtain a state-space model for the time-delay system, an alternate convex search (ACS) algorithm is presented to find a similarity transformation that takes the identified augmented system back to a form so that the time-delay system can be recovered. Finally, we reconstruct the Kalman state sequences based on the similarity transformation. The time-delay system matrices under the same state-space basis can be recovered from the Kalman state sequences and input-output data by solving two least squares problems. Numerical examples are to show the effectiveness of the proposed method.     

Optimal tracking control of a flexible hub–beam system with time delay

In this paper, a new technique of time-delay compensation is proposed for active control of a flexible hub–beam system. The first-order approximation coupling (FOAC) model proposed recently for dynamics of hub–beam systems is used to verify the applicability of this technique. The FOAC model is first linearized to obtain a linearized equation. The linearized equation with time delay is then transformed into a standard form with no time delay by a particular integral transformation. The time-delay controller is designed based on this standard equation using the classical optimal tracking control theory. Since the controller is a function of modal coordinates, a modal filter is presented to estimate the modal coordinates from physical sensor measurements. The effectiveness of the proposed technique for time delay is demonstrated by numerical simulations. Simulation results indicate that a very small time delay may result in instability of the control system if it is not compensated in control design. The proposed time-delay controller is effective in controlling the system even when the maximum time delay for stability without time-delay compensation is greatly exceeded. Moreover, for the system without time delay, the proposed time-delay controller may possibly obtain much better control effectiveness than the controller without time delay.     

时滞系统关于时滞参数的自适应输出反馈控制

对存在状态时滞的线性时滞系统，给出符合分离性原理的动态输出反馈控制器形式，当时滞参数不能精确已知时，给出基于观测器的关于时滞参数的自适应动态输出反馈控制器设计方案，通过求解两个相应的Riccati型矩阵不等式即可求得满足设计要求的动态输出反馈控制器及关于时滞参数的自适应律，且控制器的存在性与时滞参数精确已知时相同．最后给出了一个应用仿真示例．     

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.     

Stability of linear systems with interval time delays excluding zero

The stability of linear systems with multiple, time-invariant, independent and uncertain delays is investigated. Each delay is assumed to reside within a known interval excluding zero. A delay-free sufficient comparison system is formed by replacing the delay elements with parameter-dependent filters, satisfying certain properties. It is shown that robust stability of this finite dimensional parameter-dependent comparison system, guarantees stability of the original time-delay system. This result is novel in the sense that it does not require any a priori knowledge regarding stability of the time-delay system for some fixed delay. When the parameter-dependent filters are formed in a particular manner using Pade approximations, an upper bound on the degree-of-conservatism of the comparison system may be obtained, which is independent of the time-delay system considered. With this, it is shown that the conservatism of this comparison system may be made arbitrarily small. A linear matrix ineqaulity (LMI) formulation is presented for analysis of the stability of the parameter-dependent comparison system. In the single-delay case, an eigenvalue criterion is also available for stability analysis which incurs no additional conservatism.     

具有双边随机时延和丢包的网络控制系统有限时间控制

针对双边丢包和双边时延的网络化控制系统的有限时间控制问题,通过引入时间偏移量的方法,将丢包转换为时延,从而形成多时延系统,并将时间延迟转换为系统状态延迟。基于全概率公式给出已知网络丢包率下连续丢包的概率公式,用Markov链表征网络时延的变化规律。以线性矩阵不等式的形式给出改进的有限时间时延相关稳定性判据,并通过数值仿真验证所提方法的有效性。