具有连续增益故障离散系统保性能可靠控制

针对不确定离散线性系统，采用连续增益故障模型，提出了考虑执行器故障的保性能可靠控制问题。通过对具有执行器故障不确定离散线性系统的分析，利用LMI分别给出了保性能标准控制器、保性能可靠控制器存在的充分条件及设计方法。根据凸优化理论．最优保性能标准控制器和最优保性能可靠控制器的设计方法转化为一个线性凸优化算法。在仿真数例中，不仅验证所提出方法的可行性；而且比较了最优保性能标准控制与最优保性能可靠控制。通过比较可以看出，当发生故障时，最优保性能标准系统将失去原有的性能和稳定性；最优保性能可靠系统仍将保持原有的性能。     

基于事件触发的离散 MIMO 系统自适应评判容错控制

本文针对具有执行器故障的一类离散非线性多输入多输出(Multi-input multi-output, MIMO)系统, 提出了一种基于事件触发的自适应评判容错控制方案. 该控制方案包括评价和执行网络. 在评价网络里, 为了缓解现有的非光滑二值效用函数可能引起的执行网络跳变问题, 利用高斯函数构建了一个光滑的效用函数, 并采用评价网络近似最优性能指标函数. 在执行网络里, 通过变量替换将系统状态的将来信息转化成关于系统当前状态的函数, 并结合事件触发机制设计了最优跟踪控制器. 该控制器引入了动态补偿项, 不仅能够抑制执行器故障对系统性能的影响, 而且能够改善系统的控制性能. 稳定性分析表明所有信号最终一致有界且跟踪误差收敛于原点的有界小邻域内. 数值系统和实际系统的仿真结果验证了该方案的有效性.     

带有执行器故障的网络控制系统的自适应容错H∞控制

针对带有执行器故障的网络控制系统, 提出了一种自适应容错控制方法. 首先基于最近提出的一种新的网络诱导时滞模型, 设计了状态反馈形式的自适应容错控制器. 然后以线性矩阵不等式的形式给出了控制器存在的充分条件. 该条件不仅保证了系统在执行器故障和正常情形下均能达到稳定, 而且使得其H∞性能最优. 最后通过一个数值例子证明了所提方法的有效性.     

一体化执行器饱和线性矩阵不等式跟踪容错控制器设计

针对一类执行器幅值饱和的不确定非线性系统,提出了基于线性矩阵不等式的一体化主动容错控制器设计方法.考虑执行器传感器同时故障情形,采用系统增维方法,将原系统等效转化为仅含执行器故障虚拟系统,简化了容错控制器设计.其次采用凸组合法对执行器饱和非线性进行描述,确保控制输入始终在幅值范围以内.在此基础上,设计了集自适应估计律与控制器于一体的主动容错控制器,并将控制器增益解算方法,转化线性矩阵不等式约束下的优化问题.最后通过飞机数值算例验证了设计方法的有效性.     

具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制

在保证稳定性的前提下,研究具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制问题.基于一类包含马尔可夫丢包过程的网络控制系统模型,考虑了执行器可能失效的情况.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,获得了系统的保性能被动容错控制器.从控制性能的角度考虑,针对不同的执行器失效模式,得到了丢包网络环境下系统的主动客错控制器的设计方法.数值示例表明,该控制器设计方法是有效的.     

基于观测器的移动执行器对二维分布参数系统的控制

研究二维分布参数系统在传感器执行器网络下的控制问题.传感器执行器网络由二维平面上固定的传感器与移动的执行器组成.首先,利用传感器对二维分布参数系统的测量信息设计观测器,用来估计二维分布参数系统的状态,并在观测器的基础上给出相应的控制器;然后,利用算子半群理论并结合Lyapunov方法,得到平面上移动的执行器的水平运动速度和垂直运动速度,该速度依赖于观测器的信息;最后,数值仿真表明,二维分布参数系统在该移动执行器控制下的性能得到了有效的提高.     

具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制

在保证稳定性的前提下,究具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制问题.基于一类包含马尔可夫丢包过程的网络控制系统模型,考虑了执行器可能失效的情况。利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,获得了系统的保性能被动容错控制器.从控制性能的角度考虑,针对不同的执行器失效模式,得到了丢包网络环境下系统的主动容错控制器的设计方法.数值示例表明,该控制器设计方法是有效的.

     

一类时变时延网络控制系统的鲁棒容错控制

针对一类具有时变时延的不确定网络控制系统,研究存在执行器失效情况的系统鲁棒容错控制问题.基于完整性容错控制思想和李亚普诺夫时延依赖稳定理论,给出了系统对执行器失效具有完整性的充分条件,设计了鲁棒容错控制器.仿真结果表明,该控制器不仅能保证系统鲁棒渐近稳定,而且使系统具有良好的动态性能.     

软件定义的内容中心网络的分段路由策略

为降低软件定义的内容中心网络(SD-CCN)的内容请求时延,减少网络拥塞,快速应对网络中的节点或链路故障,借用软件定义网络(SDN)流量工程中的分段路由思想设计了软件定义的内容中心网络的分段路由策略(SD-CCN-SR)。通过控制器选取最优的缓存或内容源节点作为目的节点查找最优路径,向入口边界节点下发分段标签序列。将分段标签序列中的标签依次作为分段的目的节点进行最短路径转发,实现控制器通过少量控制信息对兴趣包上行链路的整体控制。仿真结果表明,本策略能够有效降低平均请求时延及平均路由跳数。     

变采样网络控制系统的最优保性能控制

研究了一类不确定时延网络控制系统的最优保性能控制问题.针对线性时不变控制对象,控制器和控制对象采用时间-事件驱动,系统成为变采样网络控制系统,考虑在不确定时延小于或者等于一个变采样周期时,基于动态输出反馈对变采样网络控制系统进行建模,利用线性矩阵不等式研究了系统的保性能控制,并设计了保性能控制率和最优保性能控制率,最后给出实例表明在最优保性能控制率的控制下系统稳定.     

Quantized H ∞ fault-tolerant control for networked control systems

Quantized H_∞ fault-tolerant control for networked control systems (NCSs) with partial actuator fault with respect to actuators is concerned in this paper. Considering transmission delay, packet dropout and quantization, a synthesis model with partial actuator fault is established. The piecewise constant controller is adopted to model NCS with the transmission delay and packet dropout. Due to data transmitted in practical NCSs should be quantized before they are sent to the next network node, the logarithmic static and time-invariant quantizers at the sensor and controller sides are proposed in the paper. For the established model, an appropriate type of Lyapunov functions is provided to investigate the delay-dependent H_∞ control problem. According to an optimal problem, the controller that makes the system achieve the best performance is designed. Finally, an illustrative example is given to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

Model predictive control for networked control systems

This paper investigates the problem of model predictive control for a class of networked control systems. Both sensor‐to‐controller and controller‐to‐actuator delays are considered and described by Markovian chains. The resulting closed‐loop systems are written as jump linear systems with two modes. The control scheme is characterized as a constrained delay‐dependent optimization problem of the worst‐case quadratic cost over an infinite horizon at each sampling instant. A linear matrix inequality approach for the controller synthesis is developed. It is shown that the proposed state feedback model predictive controller guarantees the stochastic stability of the closed‐loop system. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

具有时延和丢包的NCS H∞保性能容错控制*

针对存在时延和丢包的网络化控制系统,研究执行器或传感器失效时,系统受外部有限能量扰动影响的Hinf保性能容错控制问题。文中将丢包当作一种特殊时延,考虑综合时延的区间快变特性,采用状态反馈控制策略,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了闭环系统对执行器或传感器失效故障具有Hinf保性能容错能力的时滞依赖充分条件,并以求解LMIs的方式给出了最优控制器的设计方法。最后以一个仿真算例验证了文中所述方法的可行性和有效性。     

四旋翼无人机时延模糊自抗扰容错控制

针对四旋翼无人机系统执行器故障问题，为改善飞行控制系统性能，提出一种时延模糊自抗扰容错控制。首先，根据四旋翼无人机系统非线性数学模型和执行器故障模型，选择模糊自抗扰控制器作为基准控制器，在未发生执行器故障的情况下，使飞行控制系统保持稳定；其次，在发生执行器故障的情况下，利用时延控制技术估计故障信息，并与模糊自抗扰控制相结合，实现容错控制；最后，对所研究的容错控制算法进行数值仿真分析，仿真结果表明：把时延控制与模糊自抗扰控制相结合，能有效调节执行器故障，使飞行控制系统对故障产生的干扰具有良好的鲁棒性。     

Guaranteed cost active fault-tolerant control of networked control system with packet dropout and transmission delay

The problem of guaranteed cost active fault-tolerant controller (AFTC) design for networked control systems (NCSs) with both packet dropout and transmission delay is studied in this paper. Considering the packet dropout and transmission delay, a piecewise constant controller is adopted. With a guaranteed cost function, optimal controllers whose number is equal to the number of actuators are designed, and the design process is formulated as a convex optimal problem that can be solved by existing software. The control strategy is proposed as follows: when actuator failures appear, the fault detection and isolation unit sends out the information to the controller choosing strategy, and then the optimal stabilizing controller with the smallest guaranteed cost value is chosen. Two illustrative examples are given to demonstrate the effectiveness of the proposed approach. By comparing with the existing methods, it can be seen that our method has a better performance.     

基于网络时滞补偿的模型预测控制

为了解决网络控制系统中不确定时滞、尤其是随机的长时延对控制性能造成的影响,提出了基于模型匹配和多步预测输出补偿的预测控制思想来改善控制性能。该算法通过采集到的传感器端至控制器端的时滞来估算控制器端至执行器端的时滞,并给出了传感器端和执行器端数据处理的算法,建立起与实际网络结构匹配的预测控制模型,采用多步预测输出来补偿控制量的传输滞后。该模型不依赖于网络参数和时滞分布特性,可根据不同对象选取合适的预测控制算法,适用于实时系统。通过基于倒立摆对象的仿真和控制实例验证了该算法能有效地改善控制性能。     

Adaptive backstepping‐based control design for uncertain nonlinear active suspension system with input delay

This paper addresses the control problem of adaptive backstepping control for a class of nonlinear active suspension systems considering the model uncertainties and actuator input delays and presents a novel adaptive backstepping‐based controller design method. Based on the established nonlinear active suspension model, a projector operator–based adaptive control law is first developed to estimate the uncertain sprung‐mass online, and then the desirable controller design and stability analysis are conducted by combining backstepping technique and Lyapunov stability theory, which can not only deal with the actuator input delay but also achieve better dynamics performances and safety constraints requirements of the closed‐loop control system. Furthermore, the relationship between the input delay and the state variables of this vehicle suspension system is derived to present a simple and effective method of calculating the critical input delay. Finally, a numerical simulation investigation is provided to illustrate the effectiveness of the proposed controller.     

多自由度遥操作机器人可靠性控制研究

本文针对多自由度遥操作机器人的可靠性控制问题进行了研究,采用时延估计在线获得机器人系统的未知动力学和外界干扰,并在控制过程中加以补偿.这里,我们利用一些满足一定概率分布的不相关的随机变量来表示遥操作机器人的概率性执行器故障.通过考虑遥操作机器人的概率性执行器故障和控制时变时延,我们建立了新的遥操作机器人模型.在此基础上,研究了遥操作机器人的可靠性控制.通过使用Lyapunov稳定性方法和随机系统理论,得到了遥操作机器人的执行器概率分布依赖的渐近均方稳定的充分性条件,其中该条件是以线性矩阵不等式的形式给出,从而非常便于计算机转化为凸优化问题进行求解.最后用一个仿真算例来验证本文给出方法具有以下作用:首先,在考虑遥操作机器人的概率性执行器的故障的情况下,本文提出方法可以很容易地得到控制输入时延的上界;其次,在不考虑遥操作机器人执行器故障时,本文提出方法依然可以使用;最后,在考虑遥操作机器人的概率性执行器故障时,本文提出的方法都可以为其设计理想的控制器.     

自抗扰实现飞翼布局无人机全包线飞行控制

本文以大展弦比飞翼布局无人机为研究对象,基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)理论设计了包含内环姿态控制和外环轨迹控制的全包线飞行控制器.在姿态控制中,提出一种抗时滞LADRC控制方法,可以有效解决控制延迟和执行机构动态特性引起的LADRC响应振荡;在轨迹控制中,考虑飞翼布局无人机的气动特性,分别设计了高度、航向、侧向偏离等常用飞行模态的跟踪控制器.仿真结果表明,在气动参数存在不确定性及强风干扰的全包线环境中连续飞行时,所设计的控制器具有较好的控制性能和较强的鲁棒特性.与常规全包线控制方案相比,本文设计的全包线飞行控制器待整定参数较少,参数整定过程相对简单,为进一步的工程应用提供了参考.