网络控制系统研究综述

系统地介绍了基于网络控制系统的研究现状,包括网络控制系统的基本分析和基于不同假设下的控制模型,并分析了国内外在控制器设计方面的研究方向和设计过程中需要考虑的问题,在此基础上分析了网络控制系统尚待解决的问题和一些新的研究方向。     

网络控制系统研究综述与展望

介绍了网络控制系统(networked control system,NCS)中存在的基本问题.从网络体系架构、线性及非线性NCS建模与设计、控制与调度协同设计、故障检测与容错控制等5个方面综述了网络控制系统的研究成果和最新进展.最后阐述了该领域亟待解决的关键问题和进一步的研究方向.     

网络控制系统的模型建立及稳定研究

随着互联网技术的发展,以太网逐渐被引入到工业控制领域.对于一个网络控制系统,网络带来的控制系统时滞和丢包是不可避免的,因此,在对网络控制系统的建模中,必需重点考虑时延和丢包的影响.分析了网络控制系统的时延特征,并将数据丢包的网络控制系统建模成具有事件率约束的异步动态系统.对网络控制系统模型用传统的PID算法对系统进行仿真控制,在存在系统随机时延和不存在随机时延的两种情况下,仿真分析了网络控制系统的稳定性,仿真结果进一步验证了网络控制系统保持稳定的丢包范围.     

具有时延和数据包丢失的网络控制系统稳定性

针对单数据包传输情况,将同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统建模为具有事件约束的异步动态系统,依据Lyapunov稳定性原理,提出了同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统指数稳定的网络诱导时延条件和数据包丢失条件,对条件进行了实例仿真验证,仿真结果表明该条件是有效的.     

水下航行器网络控制系统仿真

传统控制系统的设计方法中忽略了通信网络中的时延和数据包丢失等问题,仅通过传统方法设计的控制器来降低其对控制系统产生的不利影响,严重影响了系统的稳定性;对于水下航行器等对系统性能要求较高的水下控制平台,突破传统使其在网络环境下能够稳定运行显得尤为重要;在此背景下,提出了网络控制系统的设计方案,以水下航行器为控制平台,进行系统建模,设计反馈控制器,使用MATLAB仿真工具TrueTime,研究分析了网络体系结构下时延和丢包对传统控制系统动静态性能的影响;仿真结果表明该设计方法优化了系统性能,为系统在发生网络诱导时延和数据包丢失时能够稳定运行,提供了可靠的参考依据;该设计结果具有普适性,也可以用于导弹、坦克等航行器。     

闭环网络控制系统研究综述

系统地介绍了目前闭环网络控制系统的研究现状 .基于信息传输延迟的随机时变特性 ,对对象建模、闭环网络系统的确定性控制以及随机控制等各种控制策略进行了论述 .并在此基础上 ,分析了闭环网络控制系统设计中尚待解决的问题以及一些新的研究方向     

基于动态矩阵的随机时延丢包网络控制系统

针对网络控制系统(NCS)中存在的时延可能大于一个采样周期,以及网络传输存在丢包可能的情况,提出了改进的动态矩阵控制(DMC)算法,通过在线纠正系统的阶跃响应系数来处理时延造成的系统误差,并通过建立缓存器,当数据传输过程中出现丢包时利用动态矩阵算法计算控制量及未来输出预测值的冗余信息来替代丢失的实时信息,减少丢包对系统性能的影响.最后通过基于TrueTime的实时仿真系统研究,对比了不同时延及丢包率情况下改进算法与传统动态矩阵控制算法的效果,表明随着时延和丢包率的增大,改进动态矩阵算法的优势明显,从而验证了该方法的有效性.     

网络控制系统的发展现状及展望

探讨了网络控制系统存在的基本问题, 介绍了网络控制系统的代表性应用实例, 并从控制理论研究、网络调度协议研究以及兼顾二者的综合研究3个方面重点综述了网络控制系统的研究成果. 最后, 讨论并指出了这一领域下一步的发展方向和有待解决的新课题.     

一类不确定网络控制系统的鲁棒容错控制

研究了含有数据包丢失的不确定网络控制系统的鲁棒容错控制问题. 在执行器连续增益故障下,考虑前向网络通道和后向网络通道中存在满足马尔可夫性质的数据包丢失情况,将含有结构不确定性的闭环故障网络控制系统建模为马尔可夫跳变线性系统.基于这个模型,利用Lyapunov稳定性理论和矩阵不等式技术,给出了闭环故障系统随机稳定的充分条件,同时采用锥补线性化方法,给出了控制器设计方法.最后数例仿真验证了该设计方法的有效性.     

具有时变采样周期网络控制系统的严格耗散控制

研究具有时变采样周期和数据丢包的网络控制系统的渐近稳定和严格耗散控制问题.针对采样周期时变且在标称周期上下波动,数据丢包数有界,利用参数不确定的方法,网络控制系统建模为一类带有参数不确定的离散时滞系统.构造一个改进的李雅普诺夫-卡拉索夫斯基函数,基于线性矩阵不等式方法及Jensen不等式方法,给出系统严格(Q,S,R)-耗散的充分条件,得到控制器的设计方法.数值实例表明所提出的方法具有较小的保守性,同时也减少了计算量.     

网络控制系统随机稳定性研究

研究了具有随机网络诱导时延及数据包丢失的网络控制系统随机稳定性问题. 本文用一个具有两个状态的马尔可夫链来描述数据通过网络传输时随机数据包丢失过程, 利用马尔可夫跳变线性系统理论, 将网络控制系统建模为一个具有两种运行模式的马尔可夫跳变线性系统, 给出了在状态反馈控制下网络控制系统随机稳定的线性矩阵不等式形式的充分条件, 最后用一个仿真示例验证了该方法的有效性.     

网络控制系统发送功率分配问题研究

以网络控制系统为研究对象,讨论传感器发送功率对系统性能和通信能耗的影响.首先,针对无线通信系统中存在的丢包问题,根据发送功率的大小,建立系统切换模型,其中,发送功率越大,丢包率越低,系统性能越好.然后,利用平均驻留时间技术,得到系统指数均方稳定的充分条件以及发送功率的可调度条件.最后,根据以上结果,给出系统功率分配和控制器增益的协同设计算法,该算法不仅能保证系统具有理想的控制性能,同时能够使得通信能耗最优.     

A Switched System Approach to Robust Stabilization of Networked Control Systems with Multiple Packet Transmission

This paper considers robust stabilization of networked control systems (NCSs) with the problem of multiple packet transmission. Two parts of uncertainties are considered in this paper: norm‐bounded parameter uncertainties in the plant, and norm‐bounded parameter uncertainties in the controller. For sensor nodes and actuator nodes communicating through a limited communication channel, we are particularly interested in the case that only one packet containing part of the state information can be transmitted through a toking‐bus every time. Stability of the NCSs with multiple packet transmitted in a periodic manner is closely related to that of periodically switched systems. For NCSs with and without uncertainties in the plant and the controller, stabilizing state feedback controllers are constructed in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Numerical examples are given to illustrate the feasibility and effectiveness of the proposed approach.     

无线网络控制系统的研究

介绍了无线网络控制系统出现的背景,综述了无线网络控制系统的研究内容及现状。无线网络控制系统是基于无线网络的分布式控制系统。它融合了控制技术、计算机技术、网络技术与通信技术,已成为控制界的热点研究之一。针对无线网络控制系统中存在的随机时延和数据丢包,讨论了系统的建模问题,分析了目前的研究现状,并总结了国内外在无线网络控制系统研究过程中所提出的方法和取得的成果,提出了有待进一步解决的问题及以后的研究方向。     

Stabilizing Controller Design for Discrete‐Time Networked Control Systems under a Multiple‐Packet Sequential Transmission Policy

This paper considers both state feedback and output feedback stabilization problems for discrete‐time networked control systems under a multiple‐packet sequential transmission policy. It is shown that the dynamics of the considered multiple‐packet transmission networked control systems can be modeled as switched control systems. In addition, based on the multiple Lyapunov function approach, we show that stabilizing networked feedback laws can be obtained by solving linear matrix inequalities.     

状态时滞的网络控制系统的保成本控制器设计

针对一类含状态时滞的网络控制系统,本文对此进行了状态反馈保成本控制器设计.在考虑网络引起的滞后的基础上,一个新的模型提出来了.保成本控制器的存在性也通过一系列线形矩阵不等式表达出来.一个能把非凸问题转换成凸问题的方法同时应用了.与此同时,相应的能获取最低性能指标的算法也已给出.配套的仿真例子证明了此算法的有效性.     

网络控制系统的状态反馈保成本控制器设计

This paper is concerned with the state-feedback guaranteed cost controller design for a class of networked control systems (NCSs) with state-delay. A new model of the NCSs is provided under consideration of the network-induced delay. A sufficient condition for the existence of a guaranteed cost controller for NCSs is presented by a set of linear matrix inequalities(LMIs). A method, which can transform non-convex to the convex, is applied. Accordingly, a numerical algorithm is proposed to obtain the lower bound. Theoretical analysis through an example shows the effectiveness of the method.     

具有随机丢包的线性网络控制系统控制器设计

研究一类双向通道里同时存在随机数据包丢失的线性网络控制系统的控制器设计问题,随机数据包丢失同时存在于传感器-控制器和控制器-执行器网络通道里,随机数据包丢失采用满足Bernoulli分布的二进制切换序列来描述.在发生随机数据包丢失时,可采用闭环系统均方指数稳定的动态输出反馈控制器存在的充分性判据,并给出了基于线性矩阵不等式(LMI)的控制器求解方法,并通过一个仿真算例验证了控制器的正确性.     

基于切换频度的马尔科夫网络控制系统均方指数镇定

针对一类马尔科夫网络控制系统(Networked control system, NCS),研究了其均方指数镇定问题. 首先将网络控制系统建模为离散时间切换系统,子系统间的切换过程由一个转移概率矩阵已知的马尔科夫链描述, 并给出了子系统间切换频度的范围;进而基于随机过程理论和切换系统稳定性理论, 利用状态反馈实现了网络控制系统均方指数镇定,状态反馈控制律可通过求解一组线性矩阵不等式获得. 最后通过数值仿真例子验证了本文方法的有效性.     

一类带有时延的非线性网络控制系统可靠模糊控制

研究了带有状态时延及执行器故障的非线性网络控制系统的可靠模糊控制问题. 利用输入时延方法, 将带有网络诱导时延和数据包丢失的非线性网络控制系统等价的转化为具有时变时延的Takagi-Sugeno(T-S)模糊系统. 时延对象的状态信息, 采用时滞分解方法, 得以充分的考虑. 并利用锥补线性化迭代算法, 将非凸的稳定性条件转化成可行的线性矩阵不等式(LMI)的形式. 文中将更紧的界处理方法(相互凸组合技术)与不相关增广矩阵项引入到Lyapunov函数的处理当中, 获得保守性更小的稳定性条件. 数值算例验证了该方法的有效性.