网络化控制系统的时延观测器设计及其状态反馈控制

研究了一种网络化控制系统,其输出时延和控制时延均大于采样周期,且控制时延服从已知随机分布.基于现今值观测器原理,采用设置缓冲区和带有时戳的传感数据传输方法,给出了一种具有时延补偿功能的时延观测器,并证明了在系统可观的条件下可实现观测器极点的任意配置.之后,基于该观测器设计了状态反馈控制系统,并证明了复合系统的分离性原理.通过仿真验证了所提方法的有效性.     

基于模型的输出反馈网络控制系统反馈调度研究

针对基于模型的网络控制系统缺乏应对动态变化的网络负载问题,设计反馈调度器,依据实际的网络拥塞情况,调整基于模型的网络控制系统的状态更新时间.为应对状态不完全可测的情况,在控制结构中使用了状态观测器,并证明了所提出系统在可变更新时间情况下的稳定性.仿真结果验证了稳定性条件的正确性和新网络控制系统结构的有效性.     

具有状态观测器的鲁棒重复控制系统设计

针对一类时变不确定系统,研究基于状态观测器的鲁棒重复控制系统设计问题.通过状态观测器重构系统状态,利用重构状态进行状态反馈.基丁2维系统稳定性理论,应川线性矩阵不等式(LMI)方法,推导出了重复控制系统存在状态观测器和重复控制器的一个LMI条件,并用LMI的町行解给出了状态观测器和重复控制器参数的具体形式.最后用数值仿真验证了本文所提方法的有效性.     

基于二维混合模型和状态观测器的重复控制设计

针对一类正则线性系统, 提出一种基于状态观测器和二维混合模型的重复控制系统设计方法. 首先, 通过构造一个状态观测器来重构系统的状态, 建立基于重构状态的线性控制律. 然后, 通过独立地考虑重复控制系统的连续控制过程与离散学习行为, 给出基于状态观测器和重构状态反馈的连续/离散二维混合模型. 针对这个混合模型, 运用二维Lyapunov泛函方法, 以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式给出重复控制系统存在重复控制器和状态观测器的充分条件, 所给条件可用Matlab工具箱方便地求解. 数值仿真验证了本文所提方法的有效性.     

基于重置状态观测器的加热炉随机扰动自抗扰控制方法

针对钢坯加热过程中炉温控制存在严重的外部随机扰动问题,提出一种基于重置状态观测器的加热炉随机扰动自抗扰控制方法,其核心思想是将随机扰动对炉温控制系统状态的影响归结为对输出的影响,并进行主动补偿.首先,设计一个自适应重置状态观测器来快速跟踪系统的状态;其次,设计一个随机扰动估计器来估量这些扰动,并补偿于系统的输入通道;最后,设计基于重置状态观测器的加热炉随机扰动自抗扰控制系统,并进行数值仿真验证所提出方法的有效性和优越性.     

主从结构超精密运动平台的宏微控制系统设计

本文对超精密运动平台宏微控制系统进行了设计,并分析对比了两种主从结构的宏微策略,确定了宏动跟随微动的设计方案.针对光刻机宏微模型耦合部分引起的平台运动控制误差,本文引入了线性状态观测器对其进行补偿,并针对微动台音圈电机位置伺服系统设计了线性扩张状态观测器来实现对干扰的抑制.实验结果表明,加入线性状态观测器能够提高宏微控制系统的控制性能.     

具有多传输通道系统的网络化预测控制

本文研究了一类具有多传输通道网络化系统的控制问题,基于网络化预测控制方法,提出了一种改进型的分布式预测补偿方式,从而更有效地利用反馈数据来提高控制系统的性能.对闭环网络化预测控制系统进行分析,得到其稳定性条件,特别地,在模型精确已知和多传输通道的时延为定常的情况下,该条件将会退化为本地控制的闭环系统稳定性条件.上述结论的好处是网络化预测控制系统中状态观测器和控制器的设计可以参考本地控制.通过球杆系统算例验证本文所提方法的正确性和有效性.     

网络控制系统补偿器设计及稳定性分析

为解决网络延时对网络化控制系统性能的影响, 从控制的角度提出基于系统模型的补偿器设计方案以解决网络延时问题. 通过对广义预测控制算法GPC状态空间形式的推导, 设计具有多步预测功能的网络控制器, 实现前向通道的延时补偿; 构造具有延时补偿功能的状态观测器以补偿反馈通道延时. 分析了使用上述延时补偿策略所构成的闭环网络控制系统的稳定性. 通过对不同网络延时补偿的仿真实验, 证实了该补偿算法能有效改善控制系统性能并保持系统的稳定.     

带有状态观测器的网络控制系统非脆弱H_∞控制

研究了存在时变时延的非理想网络环境下基于状态观测器的网络化控制系统非脆弱H_∞鲁棒控制。考虑状态观测器和控制器均存在不确定性,采用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)方法,得到闭环控制系统H_∞渐近稳定的充分条件,给出非脆弱状态观测器和非脆弱鲁棒控制器的存在条件,通过给出的锥补线性化算法求解控制器和观测器增益矩阵。仿真实例表明了所提方法的有效性和可行性。     

基于模型的输出反馈网络控制系统反馈调度研究

针对基于模型的网络控制系统缺乏应对动态变化的网络负载问题l,设计反馈调度器,依据实际的网络拥塞情况,调整基于模型的网络控制系统的状态更新时间.为应对状态不完全可测的情况,在控制结构中使用了状态观测器,并证明了所提出系统在可变更新时间情况下的稳定性.仿真结果验证了稳定性条件的正确性和新网络控制系统结构的有效性.

     

基于自抗扰技术的网络化无刷直流电机控制系统时延补偿

采用自抗扰控制技术解决网络化无刷直流电机转速控制系统的时延补偿问题. 首先, 建立含有时变网络诱导时延的无刷直流电机控制系统模型, 并将时变时延引起的不确定动态描述为系统模型的不确定性; 然后, 设计自抗扰控制器, 对时延引起的不确定动态进行动态线性化补偿, 从而消除时变时延对系统性能的影响; 最后, 通过仿真研究表明了所设计的自抗扰补偿方法的有效性和优越性.

     

基于降维观测器的网络控制系统的容错控制

针对被控对象是线性定常系统的网络控制系统,设传感器与控制器均为时间驱动,未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器"故障"的系统。此类系统相当于一个有限子系统的切换系统。借助容错控制和切换系统理论,利用Luenberger降维观测器估计系统状态,采用李亚普诺夫理论和线性矩阵不等式描述方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件和控制器的设计方法。通过Matlab数值仿真算例,证明了分析方法和结果的有效性。     

基于PI 观测器的奇异摄动系统故障诊断和最优容错控制

针对线性奇异摄动系统, 提出一种基于PI (proportional integral) 观测器的故障诊断和最优容错控制方法. 基于奇异摄动系统相关理论和矩阵变换技术, 给出PI 全维观测器存在的条件, 该观测器可以观测系统的快慢状态和故障系统的状态. 在估测到系统状态的基础上进一步考虑最优性, 应用最优控制理论, 设计状态反馈控制器, 提出基于PI 观测器的故障诊断器和最优容错控制器的设计方法. 最后的数值算例验证了所提出方法的可行性和正确性.

     

基于观测器的非线性网络控制系统容错控制

研究了一类基于观测器的非线性连续网络控制系统容错控制器设计问题.针对传感器采用时间驱动方式,控制器和执行器均采用事件驱动方式的网络控制系统,设计了观测器,建立了基于状态观测器的增广闭环系统模型.利用线性矩阵不等式和自由权矩阵的方法,推导出闭环系统渐近稳定的充分条件,给出了观测器和容错控制器协同设计的方法.实例仿真证明了所用方法的有效性.     

时延网络控制系统的H∞ 鲁棒预测控制

针对具有输入约束和外部扰动的不确定长时延网络控制系统(NCSs),研究了H_∞鲁棒预测状态反馈控制律的设计问题.基于预测控制的滚动优化原理,导出了闭环NCS渐近稳定且具有鲁棒性能指标上界的充分条件,给出了状态反馈控制律的设计方法.最后,通过仿真研究验证了所提出方法的有效性.     

具有执行器饱和特性的不确定系统预测控制器设计

针对具有执行器饱和特征的不确定系统,提出了一种带有状态观测器的新型预测控制器设计方法.该方法在滚动优化的每一步,采用带有饱和特性的反馈控制结构得到一个最优控制律.使无穷时域性能指标最小.考虑在状态不完全已知的情况下,设计了带有状态观测器的预测控制器,并通过观测器参数调整使闭环系统渐近稳定.通过仿真实验验证了所设计控制器的有效性.     

执行器饱和不确定NCS 非脆弱鲁棒容错控制

针对存在时变时延和丢包的不确定网络化控制系统(NCS), 同时考虑执行器饱和、控制器参数摄动以及非线性扰动等约束, 研究执行器发生结构性失效故障时系统的鲁棒容错多约束控制问题. 基于时滞依赖Lyapunov 方法和容错吸引域定义, 采用状态反馈控制策略推证出了闭环故障不确定网络化控制系统稳定的少保守性不变集充分条件, 并给出了非脆弱鲁棒容错控制器的设计方法以及最大容错吸引域的估计. 仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性.

     

短时延多包传输网络控制系统的容错控制

研究了存在数据丢失的短时延多包传输网络控制系统在静态调度和动态调度下的控制器设计问题。把未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器“故障”的系统。在静态调度策略下,将系统建模为一类具有一定切换规则的周期系统,利用容错控制理论和周期系统理论得到系统稳定性判据;在动态调度策略下,将系统建模为一类具有有限子系统的自主切换系统,利用容错控制理论和切换系统理论给出了系统的稳定性条件。并利用控制器和观测器的协同设计方法给出了系统在静态调度和动态调度下的容错控制律和状态观测器设计方法。数值仿真算例证明了结论的可行性和有效性。