基于内模PID控制器的时延网络控制系统的保稳定性设计①

网络控制系统中存在的随机时延会导致系统的性能变差甚至不稳定。通过对随机时延的分析,建立了一个基于内模PID控制原理的网络控制系统模型,并以工业过程控制中经常用到的二阶对象为控制对象,完成了网络环境下的内模PID控制器的设计。仿真对比表明,该控制器对系统性能进行了补偿,保证了系统具有良好的稳定性能。     

网络控制系统Smith Fuzzy PID控制器的设计

针对网络控制系统中普遍存在的时延问题,提出了一种将模糊自适应算法和Smith预估补偿算法与常规PID控制器相结合的智能控制策略。该方法充分利用了Smith预估控制算法对带时延系统的良好控制能力,同时利用模糊推理算法实现对PID参数的在线自整定,进一步改善PID控制器的性能。仿真结果表明,基于该智能控制器的网络控制系统克服了传统PID控制超调量大及常规Smith预估补偿过分依赖于被控对象精确数学模型的缺陷,可以有效降低时延对系统性能的不利影响,使被控对象具有良好的动、静态特性。     

参数自整定PID控制器设计与仿真

对于工业控制领域中的系统普遍存在非线性、时变的特点,采用传统PID作为控制器很难获得满意的控制效果,而神经网络具有任意非线性逼近能力,可以通过对系统性能的学习来实现具有最佳组合的PID控制。设计了基于BP网络整定PID参数的控制器,该控制算法只需粗略给出PID参数便可以根据系统性能自动寻优调整。利用MATLAB软件得到的仿真结果表明,该控制策略可以达到满意的控制效果,且具有很强的鲁棒性和自适应能力。     

基于模糊控制系统的自整定PID 参数控制器的设计

本文主要讨论了以模糊控制来自动整定PID控制器的三个参数,并与经典PID控制进行了对比,从而认识了两者的优缺点,为实际应用提供了一种新的方法。通过MATLAB／Simulink对系统进行计算机仿真,指出该控制器具有动态范围宽、稳态精度高、响应速度快和超调量小的优点;对于控制对象的变化,该控制器具有良好的适应能力。     

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。     

基于PID继电自整定柴油机水温控制系统的设计

在基于PID控制系统的开发中,参数的整定是一个非常复杂的工作,实现参数的自整定将极大的提高工作效率.基于PID参数自整定方法,本文提出了一种柴油机水温控制系统的设计方案,完成了相关实验,取得了良好的效果.     

基于神经网络的PID自整定控制系统

文章介绍了一种应用神经网络技术建立的PID自整定控制系统,给出了系统结构,详细分析了BP神经网络和RBF神经网络的结构和学习算法。该系统采用3层BP神经网络,其输出为PID控制器的参数;通过变结构的RBF神经网络辨识控制对象,将得到的输出对输入的梯度信息提供给BP神经网络,BP神经网络根据该信息优化PID控制器参数。仿真结果表明,该系统对于参数扰动较大的非线性系统,其收敛速度快、动态响应能力强、稳定性好,且具有较强的鲁棒性和适应性。     

专家整定PID控制系统的设计

应用专家系统及专家控制系统的基本知识设计了一专家整定PID控制系统的实例，其中知识是由经验所得规则构成，实例分析选取了有自平衡、无自平衡和有延迟的对象，并通过TurborC编程实现。     

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。     

具有时延的网络控制系统控制器设计

针对一类存在随机时延的网络控制系统,传感器采用时间驱动,控制器和执行器采用事件驱动,提出了一种新的具有随机时延的网络控制系统的建模方法-离散模糊T-S模型,在此模型的基础上应用并行分布补偿（PDC）原理设计了模糊控制器。应用Lyapunov定理和线性矩阵不等式（LMI）方法,研究了系统的稳定性问题,给出基于LMI的状态反馈模糊控制器的设计方法。通过仿真实例验证控制方法能够保证系统稳定。     

A new networked predictive control approach for systems with random network delay in the forward channel

This article is concerned with the design of a networked predictive control (NPC) scheme with random network delay in the forward channel. A new design method of NPC is proposed. Correspondingly, the necessary and sufficient conditions on the stability of the closed-loop networked control system are derived. The merit of the proposed design method lies in its decreased conservativeness, which is achieved by packing the current predictive control signal with history predictive signals. By this means, the future plant input is known. Therefore, the state predictor can be designed such that its performance and stability will not be affected by the future input of the plant, while the existing design methods of NPC cannot do so. The proposed design method is shown to be much less conservative than the existing result through several examples.     

网络控制系统的预测补偿

针对网络控制系统中存在长时延和数据丢包的情况,通过在控制器节点前设置缓冲器,并设计预估控制产生器和时延补偿器,提出了一种预测补偿控制方案,有效地克服了长时延、数据丢包和时序错乱问题对实际网络控制系统稳定性所造成的影响．证明了采用上述控制方案时闭环网络控制系统的稳定性,最后提供的仿真实例验证了该控制方案的有效性．     

网络控制系统的时延相关状态反馈控制器设计

研究了具有时延、丢包和数据包时序错乱的网络控制系统镇定问题.为了有效提高系统的控制性能,本文根据网络控制系统的特点提出一种时延相关状态反馈控制方法,并将闭环网络控制系统建模为离散时间切换模型.在此基础上,通过构造依赖于参数的Lyapunov函数给出了闭环网络控制系统的稳定条件和镇定控制器设计方法.仿真结果和实验结果表明所提方法的有效性和可用性.     

通信受限网络控制系统的H∞ 控制

针对一类通信受限的网络控制系统,研究其随机稳定性和 ∞控制问题.考虑到系统存在随机丢包、时延、对数量化和概率传感器故障等因素,提出一种新的网络控制系统模型.基于Lyapunov稳定性理论,得到了系统随机稳定性的充分条件,并利用线性矩阵不等式技术,给出了系统 ∞控制器的设计方法.数值仿真算例验证了所得结论的有效性.     

网络控制系统PI预测控制及稳定性分析

将PID反馈原理引入广义预测控制（GPC）思想,把GPC目标性能函数改造成具有PI的结构形式,根据反馈时延导出多步控制序列,通过时延补偿器对前向时延进行补偿,使控制性能在网络环境下得到极大改善。控制器结合了PID控制和预测控制的优点,具有较强的鲁棒性和工程意义。构造Lyapunov函数对闭环系统的稳定性进行分析,并通过仿真验证了该算法的有效性。     

网络控制系统中的时戳预测函数控制

传统预测函数控制算法不能有效处理网络控制系统中的随机延迟,为此提出了时戳预测函数控制算法.该算法使用时间戳来估计由网络引入的控制延迟,在预测系统未来输出时明确考虑了该延迟,然后借鉴传统预测函数控制算法的基本策略,得到了适用于网络控制系统的控制规律.进一步由TrueT im e工具箱搭建了网络控制系统仿真平台,对比了时戳预测函数控制算法和传统预测函数控制算法.仿真结果表明随着网络引入延迟的增大,时戳预测函数控制算法给出控制品质明显优越于传统预测函数控制算法.     

Observer-based controller design for networked control systems with sensor quantisation and random communication delay

This article addresses the study of observer-based controller design for network-based control systems in the presence of output quantisation and random communication delay simultaneously. In the communication channel, the output measurement are quantised before transmission, and two kinds of network-induced delays are taken into account simultaneously: (i) random delay from sensor to controller and (ii) random delay from controller to actuator. These two types of random delays are modelled as two independent Bernoulli distributed white sequences. The observer-based controller is synthesised to stabilise the networked closed-loop system in the sense of stochastic stability. Sufficient conditions for the existence of the controller are provided by stochastic Lyapunov method. An illustrative numerical example is employed to demonstrate the applicability and flexibility of the proposed design strategy.     

Observer-based tracking controller design for networked predictive control systems with uncertain Markov delays

This paper is concerned with a tracking controller design problem for discrete-time networked predictive control systems. The control law used here is a combined state-feedback control and integral control. Since not all the states are available in practice, a local Luenberger observer is utilised to estimate the state vector. The measured output and estimated state vector are packed together and transmitted to the tracking controller via a communication channel with a limited capacity. Meanwhile, the control signal is also transmitted through a communication network.Network-induced delays on both links are considered for the signal transmission and modelled by Markov chains. Moreover, it is assumed that the elements in Markov transition matrices are subject to uncertainties. In order to fully compensate for network-induced delays, the controller generates a sequence of control signals which are dependent on each possible delay in the feedforward channel. By taking the augmentation twice, we obtain delay-free stochastic closed-loop systems and the controlled output is chosen as the tracking error. Sufficient conditions are provided for the energy-to-peak performance of the closed-loop systems. The feedback gains of the controller can be derived by solving a minimisation problem. Two examples are illustrated to demonstrate the effectiveness of the proposed design method.     

网络控制系统稳定性研究

综述了目前网络控制系统的研究现状,介绍了随机延迟问题、数据包丢失问题和多通道输出问题的建模以及各种控制策略.在此基础上,分析了网络控制系统稳定性研究中尚待解决的问题以及一些新的研究方向.