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。     

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。     

分布无人机自动检测与故障诊断系统设计

本文根据分布式无人机系统的特点,详细论述了分布式无人机自动检测与故障诊断系统的设计原理及软硬件实现方法.本文研制的分布式无人机自动检测与故障诊断系统由故障诊断单元(地面控制站)、故障检测单元(储运发射车)、无人机飞控计算机组成.本文重点研究了故障诊断专家系统的设计.验证性测试表明,该系统性能稳定可靠,达到了设计要求.     

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.     

提升机群远程监测与智能故障诊断系统设计

针对现有提升机监测系统仅限于现场就地监测,部分故障很难被及时发现并处理的问题,提出了基于物联网的提升机群远程监测与智能故障诊断系统设计方案。该系统利用分布式实时中间件技术传输系统运行数据,实现了异步网络环境下分布式进程间的交互通信,从而实现了矿井提升机群的网络化监测;建立了网络化的矿井提升机交互式智能故障诊断体系架构,实现了提升机故障诊断交互式推理,优化了提升机故障诊断的方法,提高了故障诊断效率。     

基于粒子滤波的分布式故障诊断

针对非线性、非高斯环境下多传感器的系统故障诊断问题,提出了一种新的基于粒子滤波的分布式故障诊断方法。通过粒子滤波得到的状态估计值的全概率分布信息可用于故障检测。首先建立系统分布式故障诊断模型,由于通信限制,假设各传感器只能向信息融合中心传输二进制数。在各观测值独立同分布的条件下,提出了分布式故障诊断算法,包括本地判决的设计和融合中心的准则设计。仿真结果表明了所提出算法的有效性和优越性。     

短时延多包传输网络控制系统的稳定性分析

提出一种短时延多包传输网络控制系统的建模方法.把多包传输网络控制系统建模为具有一定切换规则的线性切换系统模型.利用切换系统理论和鲁棒稳定性理论，得到多包传输网络控制系统的渐近稳定性判据,并首次提出周期动态输出反馈镇定控制器的设计方法.最后通过数值算例证明文中结论的可行性和有效性.     

多包传输网络控制系统的自适应控制器设计

由于网络中数据包丢失的时变特性,网络控制系统的建模和控制器设计变得更加复杂。针对多包传输网络控制系统的包丢失问题,引入开关矩阵,利用容错的思想建立了多包传输网络控制系统的模型,更符合实际的包丢失特性。在此基础上,利用状态反馈自适应K调制的方法为该闭环网络控制系统设计了一种新型自适应控制器,使网络控制系统达到全局渐近稳定。与一般的控制器设计方法相比,该方法简单,并且能够根据包丢失的实时特性调整相应的控制器参数,从而提高要传输的信号的收敛速度,缩短稳定时间。最后仿真算例说明了该方法的有效性。     

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．     

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.     

Fundamental Issues in Networked Control Systems

This paper provides a survey on modeling and theories of networked control systems (NCS). In the first part, modeling of the different types of imperfections that affect NCS is discussed. These imperfections are quantization errors, packet dropouts, variable sampling/transmission intervals, variable transmission delays, and communication constraints. Then follows in the second part a presentation of several theories that have been applied for controlling networked systems. These theories include: input delay system approach, Markovian system approach, switched system approach, stochastic system approach, impulsive system approach, and predictive control approach. In the last part, some advanced issues in NCS including decentralized and distributed NCS, cloud control system, and co-design of NCS are reviewed.      

具有数据包丢失及多包传输的网络控制系统稳定性

在分析网络数据包丢失和多包传输原因的基础上,研究存在数据包丢失和多包传输的网络控制系统稳定性问题.根据网络数据包丢失模型,提出了信号传输成功率应满足的系统指数稳定性条件,并依据具有事件概率限制的异步动态系统理论建立了多包传输网络控制系统模型,给出了判定系统指数稳定性的充分条件.仿真示例验证了上述判定系统稳定性条件的有效性.     

一类多包传输网络控制系统的设计及稳定性分析

根据现场总线网络的传输特性，提出了一种适用于多包传输网络控制系统的设计方法，即控制器和传感器节点采取时间驱动方式工作，执行器节点采用事件驱动方式；将多包传输网络控制系统建模为切换控制系统．然后基于切换系统分析方法和稳定性理论得出了网络控制系统指数稳定的充分条件．最后，通过实例分析证实了本文所提设计方法的可行性，以及理论的正确性．     

变采样周期和数据包随机丢失的NCS鲁棒H∞ SymboleB控制

网络控制系统与传统的点对点控制方式不同,数据传输具有时延和随机丢包,且为了对信息资源进行合理的分配和调度常采用时变采样方式.本文首先给出NCS的离散区间动态模型,该模型以Bernoulli分布序列描述NCS数据丢包的随机性,并以不确定区间矩阵描述NCS的采样周期与传输时延的时变性;在此基础上,基于线性矩阵不等式（LMI）技术,给出具有时变有界采样周期和数据随机丢包NCS的鲁棒H∞控制器存在充分条件,且将控制器的求解问题转化为一个有限维LMI凸优化问题,便于数值计算.所设计的控制器可以保证系统渐近稳定且具有一定的H∞扰动抑制水平γ.数值仿真表明提出控制器设计方法的有效性。     

传输时延和时钟同步对以太网控制系统的影响

在分析报文传输时延和时钟同步精度对EPA网络(工业以太网)控制系统的实时性和稳定性的影响的基础上, 提出了新的基于马尔科夫链的时延模型. 给出了在系统稳定的情况下, 通信宏周期、协议传输时延和时钟同步精度应满足的条件. 建立了无丢包情况下的EPA网络控制系统模型. 提出了EPA控制系统稳定时, 可以设置的最小通信宏周期的计算方法.     

Informative conditions for the data set in an MIMO networked control system with delays,packet dropout and transmission scheduling

In system identification, a data set needs to be informative to guarantee that the identification criterion has a unique global minimum asymptotically and the parameter estimation is consistent. In this paper, we study the informativity of the data set in a multiple-input and multiple-output (MIMO) networked control system (NCS), which contains possible network-induced delays, packet dropout, transmission scheduling, or a combination of these factors in network transmission. Moreover, to guarantee the data set of this MIMO NCS to be informative, a group of conditions for network transmission and controller's proportional term are developed. Finally, simulation studies are given to illustrate the result.     

Fault tolerant control for networked control systems with packet loss and time delay

In this paper, a fault tolerant control with the consideration of actuator fault for a networked control system (NCS) with packet loss is addressed. The NCS with data packet loss can be described as a switched system model. Packet loss dependent Lyapunov function is used and a fault tolerant controller is proposed respectively for arbitrary packet loss process and Markovian packet loss process. Considering a controlled plant with external energy-bounded disturbance, a robust H _∞ fault tolerant controller is designed for the NCS. These results are also expanded to the NCS with packet loss and networked-induced delay. Numerical examples are given to illustrate the effectiveness of the proposed design method.     

网络控制系统的性能优化研究

网络控制系统(NCS)是基于网络的分布式控制系统。文章结合网络调度和系统控制,以网络的可调度性和系统稳定性为约束条件,给出了NCS的性能优化模型,并利用基于Matlab/Simulink的实时控制系统仿真软件包True Time对其进行了仿真。仿真结果表明:该方法既提高了控制系统的性能,又优化了网络调度性能,提高了网络资源的利用率。     

Modelling and robust stability of networked control systems with packet reordering and long delay

In this article, modelling and robust stability of networked control systems (NCS) are discussed. Considering the existence of packet reordering and network-induced delay, a new mathematical model of NCS whose network-induced delay is longer than one sampling period is obtained, which can fully describe packet reordering and effectively eliminate the impact of packet reordering on the performance of NCS such that the newest control input can be executed by the actuator. Based on this model, the time-varying NCS is converted into an uncertain discrete linear system with multi-step delay in terms of matrix theory. Furthermore, a sufficient condition for robust stability of NCS is presented. Linear matrix inequality approach has been employed to solve the controller design problems. Numerical examples are compared with previous schemes to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

不确定时滞网络控制系统的状态反馈控制

在网络传输过程中, 系统的稳定性受不确定, 网络延迟, 丢包和错序所影响. 本文针对这些非理想网络状况,研究了网络控制系统状态反馈控制. 建立连续时间系统模型时, 还引入了一个定常状态时延, 使得模型更贴近实际.随后, 运用改进的Lyapunov-Krasovskii函数, 推导出网络控制系统鲁棒稳定的充分条件, 并基于该充分条件得到利用线性矩阵不等式(LMI)的控制器设计方法, 再运用迭代算法求解相关系数. 最后通过MATLAB数值仿真算例, 证明了本文方法的正确性和有效性.