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。     

OFDMA 协同网络中基于QoS 保证的资源分配算法

针对正交频分多址(OFDMA)协作通信系统,为了解决数据传输速率最大化并提供尽力而为业务与实时业务的服务质量(QoS)保证问题,提出新型资源分配算法.通过以总功率受限为约束条件,定义基于数据速率、时延和丢包率的效用函数,并以在协作传输中以最大化效用函数为目标进行中继选择和子载波分配.通过中继和用户上的子载波和功率分配方案的设计,从而最大化网络数据传输速率并最小化时延与丢包率,为多种业务提供服务质量保证.采用最优化理论与方法求解效用函数,得到了资源分配结果.仿真结果验证了算法收敛,并给出功率分配结果,以及网络吞吐量和时延性能指标情况,验证了算法的有效性.     

动态矩阵主动队列管理算法

针对Internet网络这种大延迟,变化复杂,存在严重干扰的系统,基于约束模型预测控制理论,提出了一种新的主动队列管理算法(DMAQM算法).首先根据预测模型和状态估计器,预测瓶颈链路队列的未来动态特性,它是确定丢包率的基础;然后将拥塞控制的控制要求转化为优化目标函数,在线求解优化问题得到丢包率.DMAQM算法通过滚动优化来适应网络环境的变化,提高了算法鲁棒性;同时在求取丢包率时显式地考虑了网络中存在的约束.仿真结果显示DMAQM算法控制性能优于RED算法,在满足约束的前提下,具有较强的抗干扰能力,同时具有较好的稳定性和鲁棒性.     

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.     

基于单向时延的自适应拥塞控制的研究

对两种基于UDP实时流媒体拥塞控制机制--探讨基于丢包率的控制和基于往返时延 (Round-trip Time, RTT)的控制,提出一种在接收端通过单向延时预测拥塞的算法.与前两种拥塞驱动机制相比,单向时延自适应拥塞控制算法(AOWDCC)最大限度地缩短了拥塞反馈时间间隔,拥塞判断的实时性大大增强.采用NS模拟器,对基于丢包率的拥塞控制、基于RTT的拥塞控制和AOWDCC算法的性能进行仿真,验证了AOWDCC的优越性.     

基于IEEE802.15.4的GTS调度算法优化

针对实时无线传感器网络(WSNs)系统对时延敏感的特点,对目前典型的IEEE802.15.4标准中保障时隙(GTS)调度算法进行了改进,提出一种基于时延优先级的GTS分配算法.根据网络微积分原理评估时延约束条件及GTS分配数目,按照优先级顺序响应GTS请求,并动态调整GTS中的时隙数量,确保实时传输和带宽利用率.通过在...     

一种自适应IP语音缓冲算法的研究与应用

当IP语音包的网络时延抖动较小时,一般的语音缓冲算法可以得到较好的语音质量．当网络中存在突发大时延时,就会出现极大丢包率或极大端到端时延,从而难以获得好的语音质量．为此,提出针对突发大时延下的自适应语音缓冲算法．通过估算网络平均时延和学习语音包经过的网络路径上的状态,来确定需要控制端到端时延大小和语音包的丢包率,动态调整Jitter Buffer队列的最小深度和最大深度,从而可以尽量减小语音裂缝（gap）的出现．通过基于听觉模型的客观音质评价（PESQ）仿真计算以及在实际语音网关设备中的应用表明算法对语音通信质量有一定的改善作用．     

无线多媒体传感器网络能量均衡的QoS路由算法

为保障能量受限的无线多媒体传感器网络(WMSNs)多服务质量(QoS)需求,提出了一种能量均衡的QoS路由(EBQR)算法。该算法通过蚁群优化将网络带宽、时延、丢包率和能量等因素作为目标函数,并根据函数值大小动态调整蚁群信息素的挥发系数和浓度增量,提供网络业务中满足不同QoS需求的最优路径。仿真结果表明:与AntWMSNs算法和ASAR算法相比,EBQR算法平均端到端时延降低了16%,丢包率减少22%,生命周期延长了近50%,有效实现了网络中节点能耗的均衡性。     

网络系统中动态矩阵控制的稳定性条件

网络控制系统中的时滞和丢包会影响控制器的稳定性;因此,传统的动态矩阵控制器设计方法无法适应网络化环境.本文针对这一问题设计了一种改进型动态矩阵控制器.通过建立缓存器将不确定时滞转化为固定时滞;并提出了一种更新系统单位阶跃响应系数的方法,用来处理时滞对控制器的影响.采用一次性传输整个控制序列的方法,避免了丢包时需要更新控制量的问题.此外,进一步分析了该控制系统的稳定性问题,给出了考虑时滞和丢包信息的系统稳定性充分条件.最后通过实时仿真软件示范了如何确定允许的最大时滞和丢包.验证了该方法的有效性.     

无人驾驶车辆稳态漂移的无模型自适应控制

本文引入一种基于无模型自适应控制算法的无人驾驶车辆稳态漂移控制方案.首先,对车辆漂移动态过程进行动力学分析,其次,确定控制系统的控制输入量和控制目标,然后基于无人驾驶车辆稳态漂移控制系统的动态线性化数据模型,设计无模型自适应稳态漂移控制算法、伪雅可比矩阵估计整定算法和伪雅可比矩阵重置算法,从而实现无人驾驶车辆的稳态漂移...     

动态矩阵控制系统的单位反馈控制结构

基于单位反馈控制系统,对动态矩阵控制算法的机理进行了重新阐述。研究表明,动态矩阵控制器由积分器和有延时的积分器组成,具有和Dahlin控制器相同的控制器结构。本文还对动态矩阵控制系统的性能进行了讨论。     

DMC鲁棒稳定性分析

以脉冲响应模型(FIR)描述系统,采用脉冲响应系数误差平方和的形式定义了模型的不 确定性,分析得到了基于脉冲响应模型的动态矩阵控制(DMC)算法的闭环系统,在此基础上,推 导得出了DMC闭环系统的鲁棒稳定性条件.     

一类串联生产过程的分布式解耦预测控制

研究一类由多个子过程串联而成的生产过程的预测控制，提出了在分布式通信模式下的预测控制算法．该算法由两部分组成：一部分利用其他子过程在上一时刻的控制策略，对子过程间的弱耦合进行前馈补偿；另一部分通过顺序求解对强耦合进行解耦控制．在线性无约束情况下，得到了分布式解耦动态矩阵控制律．最后通过仿真验证了算法的有效性．     

基于LS-SVM的陶瓷窑炉温度预测控制

针对陶瓷窑炉大热容量、大滞后、非线性等特点,提出了一种基于最小二乘支持向量机动态矩阵控制方法;首先,采用保证种群多样性微粒群算法优化的最小二乘支持向量机离线建立被控对象模型;然后在系统运行过程中,用动态矩阵预测算法实现对被控系统的预测控制;并以陶瓷窑炉温度为控制对象,与Smith预估控制以及内模控制算法进行了比较;仿真结果证明了所提控制方法具有很好的动、静态性能和强鲁棒性。     

ADAPTIVE DYNAMIC MATRIX CONTROL FOR NETWORK‐BASED CONTROL SYSTEMS WITH RANDOM DELAYS

Random transfer delays in network‐based control systems (NCSs) degrade the control performance and can even destabilize the control system. To address this problem, the adaptive dynamic matrix control (DMC) algorithm is proposed. The control algorithm is derived by applying the philosophy behind DMC to a discrete time‐delay model. A method to estimate the network‐induced delays is also presented to facilitate implementation of the control algorithm. Finally, an NCS platform based on the TrueTime simulator is constructed. With it, the adaptive DMC algorithm is compared with the conventional DMC algorithm under different network conditions. Simulation results show that the proposed adaptive DMC algorithm can respond to various network conditions adaptively and achieve better control performance for NCSs with random transfer delays.     

大时滞过程的预测控制——催化裂化反应再生系统原料预热回路控制

实际的复杂工业过程,往往具有大的时滞,例如：炼油厂催化裂化装置的反应再生系统,其原料油预热通过油浆换热实现,因此时滞特别大,本文针对这一类大的时滞过程,设计了以动态矩阵控制为核心算法的预测控制系统,运行实践表明：这一控制方案比原ＰＩＤ控制在控制质量上有效大提高。     

基于自适应动态规划的一类带有时滞的离散时间非线性系统的最优控制策略

针对一类状态和控制变量均带有时滞的非线性系统的带有二次性能指标函数最优控制问题, 本文提出了一种基于新的迭代自适应动态规划算法的最优控制方案. 通过引进时滞矩阵函数, 应用动态规划理论, 本文获得了最优控制的显式表达式, 然后通过自适应评判技术获得最优控制量. 本文给出了收敛性证明以保证性能指标函数收敛到最优. 为了实现所提出的算法, 本文采用神经网络近似性能指标函数、计算最优控制策略、求解时滞矩阵函数、以及给非线性系统建模. 最后本文给出了两个仿真例子说明所提出的最优策略的有效性.     

大时滞过程的预测控制——催化裂化反应再生系统原料预热回路控制

实际的复杂工业过程 ,往往具有大的时滞 ,例如 :炼油厂催化裂化装置的反应再生系统 ,其原料油预热通过油浆换热实现 ,因此时滞特别大 .本文针对这一类大的时滞过程 ,设计了以动态矩阵控制为核心算法的预测控制系统 ,运行实践表明 :这一控制方案比原PID控制在控制质量上有较大提高 .