具有长时延及丢包的网络控制系统稳定性分析

研究了同时具有大于一个采样周期的随机传输时延及数据包丢失的网络控制系统的稳定性问题．对于给定的数据包丢失率,网络控制系统被建模为具有两个事件速率约束的异步动态系统,利用异步动态系统理论给出了网络控制系统指数稳定的充分条件,状态反馈控制器可通过解一组矩阵不等式求出．仿真示例验证了所提出方法的有效性．     

具有随机时延和丢包补偿的NCS的H∞控制

给出一个存在随机时延和数据包丢失的网络控制系统（Networked Control System, NCS）模型，并分析了其渐近稳定的LMI条件．为了降低数据包丢失对系统稳定性的影响，在系统中增加了补偿器，并建立了具有丢包补偿器和随机网络诱导时延的NCS模型．在此模型的基础上，给出了系统渐近稳定和γ次优、最优的充分条件，并且获得了系统最优H∞控制的输出反馈控制律．对同一算例进行Matlab仿真，结果表明具有丢包补偿器的NCS趋于稳定的速度更快．     

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.     

时延网络化控制系统的H2/H∞混合控制

针对存在多步随机传输时延的网络化控制系统模型,研究了其随机稳定性及H 2/H ∞混合控制问题.在一定的系统通信控制模式下,网络传输时延可以建模为一个马尔可夫随机过程,通过增广系统状态的方法将原系统转化为一个具有随机跳变系数的离散系统,同时通过建立随机跳变Lyapunov函数,构建了满足系统随机稳定的H ∞次优和H 2/H ∞混合控制状态反馈控制器.该控制器可通过求解一组耦合的矩阵不等式而得.仿真结果表明了此方法的可行性.     

时延转移概率部分未知的网络控制系统鲁棒H_∞故障检测

针对具有时延的离散网络控制系统,研究了时延转移概率部分未知条件下的鲁棒H∞故障检测问题.首先,利用两个独立的有限维数的Markov链分别描述传感器至控制器时延及控制器至执行器时延,把网络控制系统建模为具有两个Markov链的控制系统.在此基础上构造了故障检测滤波器,利用状态增广的方法建立了闭环系统模型.然后,以矩阵不等式的形式得到了闭环系统随机稳定并满足给定H_∞性能的条件,给出了相应控制器、滤波器增益矩阵及最小H_∞衰减水平的求解方法,并得到了转移概率和最小H_∞衰减水平之间的关系.最后实例仿真表明,所得到的故障检测滤波器不仅对故障敏感而且对外部扰动具有鲁棒性.     

基于非策略Q-学习的网络控制系统最优跟踪控制

针对具有数据包丢失的网络化控制系统跟踪控制问题,提出一种非策略Q-学习方法,完全利用可测数据,在系统模型参数未知并且网络通信存在数据丢失的情况下,实现系统以近似最优的方式跟踪目标.首先,刻画具有数据包丢失的网络控制系统,提出线性离散网络控制系统跟踪控制问题;然后,设计一个Smith预测器补偿数据包丢失对网络控制系统性能的影响,构建具有数据包丢失补偿的网络控制系统最优跟踪控制问题;最后,融合动态规划和强化学习方法,提出一种非策略Q-学习算法.算法的优点是:不要求系统模型参数已知,利用网络控制系统可测数据,学习基于预测器状态反馈的最优跟踪控制策略;并且该算法能够保证基于Q-函数的迭代Bellman方程解的无偏性.通过仿真验证所提方法的有效性.     

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.     

转移概率未知下具有双Markov 链的网络控制系统控制器设计

研究一类基于Markov模型的网络控制系统的稳定性和镇定控制器设计问题.针对网络控制系统中受控对象模型的随机切换和通信过程中的丢包问题,利用具有两个独立Markov链的离散时间Markov跳跃系统进行建模.在该Markov跳跃系统模态转移概率矩阵部分元素未知的情况下,充分考虑转移概率的约束条件,给出系统可镇定的充要条件和状态反馈控制器的设计方法.最后通过仿真示例验证了所提出方法的有效性.     

具有时延和丢包的网络控制系统H_∞状态反馈控制

研究了具有时延和数据包丢失的网络控制系统H∞状态反馈控制问题.考虑了网络控制系统中同时存在时延和数据包丢失的情况.将丢包过程建模为有限状态的马尔可夫过程.在此模型的基础上,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法.给出了保持系统均方稳定且满足H∞性能的控制器存在的充分条件,并给出了相应的设计方法.最后数例仿真结果表明了控制器设计方法的有效性.     

一类离散Markov跳变奇异系统的镇定控制

针对一类离散的Markov跳变奇异系统,研究了其稳定性与镇定控制问题.系统模式跳变的转移概率是部分未知的,包含转移概率完全已知和完全未知两种情形,具有更好的泛化性.以严格线性矩阵不等式的形式,给出了保证该类Markov跳变奇异系统正则、因果、随机稳定的充分性判据,并设计了相应的状态反馈与输出反馈控制器.最后,通过数值仿真表明了所提出方法的有效性.     

有界丢包网络控制系统的稳定性与能稳性

主要讨论有界丢包网络控制系统的稳定性与能稳性. 基于迭代方法将有界丢包网络控制系统建模为一个跳变系统. 由于网络的复杂性, 跳变系统状态转移矩阵的部分元素无法获得, 因此, 我们考虑的这种情况更具有一般性. 并且本文考虑的丢包同时存在于前馈和反馈通道. 最后, 数值例子表明本文方法的有效性.     

Stochastic optimal control of networked control systems with control packet dropouts

This paper considers the stochastic optimal control problem for networked control systems(NCSs)with control packet dropouts.The proportional plus up to the third-order derivative(PD3)compensation strategy is adopted to compensate for control packet dropouts at the actuator by using the past control packets stored in the buffer.Based on the strategy,a new NCS structure model with packet dropouts is provided,where the packet dropout is assumed to obey the Bernoulli random binary distribution.In terms of the given model,the stochastic optimal control law is proposed. Numerical examples illustrate the effectiveness of the results.     

具有时变时滞和多包丢失的网络控制系统量化H∞控制

研究了具有时变时滞与多数据包丢失的网络控制系统(networked control systems,NCSs)的量化H∞控制问题.同时考虑传感器-控制器间的测量通道及控制器-执行器间的控制通道的多数据包丢失,并将其用满足Bernoulli分布的随机变量来表示.控制输入信号和测量输出信号分别在传感器和控制器两侧进行对数量化,量化误差描述为扇区有界不确定性.利用Lyapunov理论和线性矩阵不等式方法,得到了使得闭环NCSs满足一定H∞性能指标的均方意义下指数稳定充分条件,并给出了基于观测器的时滞相关控制器设计方法.最后,通过实例证明了该方法的有效性.     

具有数据包丢失的网络控制系统保性能控制

本文研究了一类具有数据包丢失的网络控制系统(NCSs)的建模和保性能控制问题.通过用两个马尔可夫链分别来描述前向通道和反馈通道的丢包过程,将闭环网络控制系统建模成具有两个模式的马尔可夫随机切换系统.基于线性矩阵不等式技术和李亚普诺夫方法得到了闭环系统随机稳定的充分条件,并给出了状态反馈保性能控制器的设计方法.最后通过数值算例验证本文结果的有效性.     

Sampled‐data H∞ control for networked systems with random packet dropouts

This paper is concerned with the H_∞ control problem for networked control systems (NCSs) with random packet dropouts. The NCS is modeled as a sampled‐data system which involves a continuous plant, a digital controller, an event‐driven holder and network channels. In this model, two types of packet dropouts in the sensor‐to‐controller (S/C) side and controller‐to‐actuator (C/A) side are both considered, and are described by two mutually independent stochastic variables satisfying the Bernoulli binary distribution. By applying an input/output delay approach, the sampled‐data NCS is transformed into a continuous time‐delay system with stochastic parameters. An observer‐based control scheme is designed such that the closed‐loop NCS is stochastically exponentially mean‐square stable and the prescribed H_∞ disturbance attenuation level is also achieved. The controller design problem is transformed into a feasibility problem for a set of linear matrix inequalities (LMIs). A numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed design method. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

Fuzzy-model-based robust control of Markov jump nonlinear systems with incomplete transition probabilities and uncertain packet dropouts

Interval type-2 fuzzy Markov jump systems (IT2FMJSs) have received much attention because they can well describe complex nonlinear systems with uncertainties and stochastic system mode switching. However, the transition probabilities of fuzzy MJSs (FMJSs) have been assumed to be completely known, limiting real-world applications of existing results. Different from the previous studies, transition probabilities between system modes switching are partially unknown, and packet dropouts of data transmission are uncertain in this study. Compared with the previous studies, the main advantages of this work are as follows: (1) To analyze stochastic stability and reduce conservatism of existing approaches, a novel Lyapunov function that depends on both system mode and fuzzy basis function is constructed; (2) the existence of a mode-dependent and fuzzy-basis-dependent state feedback controller is revealed; (3) stochastic stability of closed-loop system with a desired $H_{\infty }$ performance is established, and the problem of incomplete transition probabilities and uncertain packet dropouts has been completely addressed. An illustrative example of a robot arm is used to demonstrate the effectiveness and practicality of the proposed control strategy. By virtue of the proposed strategy, the effects of incomplete transition probabilities and uncertain packet dropouts on IT2FMJSs have been completely alleviated.     

H-infinity control for networked control systems （NCS） with time-varying delays

1Introduction Ina networkedcontrol system(NCS),a communicationnetwork connects sensors,actuators and controllers.AnNCS has many advantages over the point_to_pointcommunication of traditional control systems:fast and easymaintenance,low cost,greater flexibility,etc.Therefore,NCSs are increasingly being usedfor industrial control in avariety of fields[1,2].On the other hand,control loopsonthe communication network are closedin an NCS.Thetime delays that occur when information is transmitte…     

具有多通道数据传输的飞行器网络控制系统故障检测

研究具有多通道数据传输的飞行器网络控制系统故障检测滤波器(FDF)设计问题.考虑每个通道存在各自的网络时延,且丢包符合Markov随机过程.首先,将系统建模为转移概率部分已知的离散Markov跳变线性系统,并设计了基于观测器的故障检测滤波器,将故障检测问题转化为H∞滤波问题;然后,利用LMI工具给出了FDF的可解条件和求解方法;最后,通过某飞行器网络控制系统的数值仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

具有随机丢包的网络控制系统的镇定

研究具有随机丢包的网络控制系统(NCS)的镇定问题.同时考虑传感器节点到控制器节点(S/C)和控制器节点到执行器节点(C/A)的随机丢包,并分别对这两种丢包现象建模.基于Lyapunov稳定性理论,得到闭环系统全局均方渐近稳定的充分条件.进一步利用线性矩阵不等式(LMI)方法,得到状态反馈控制律的增益矩阵.数值仿真算例验证了所得结果的有效性.     

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。