有向拓扑下网络化运动控制系统的容侵同步控制

摘 要: 针对有向通信拓扑下网络化多轴运动控制系统收到网络攻击威胁及未建模不确定性影响,其轨迹同步控制精度迅速下降,提出了一种基于分布式中间观测器的容侵同步控制方法。首先将非线性未建模不确定性分解成控制通道匹配分量和不匹配分量,进而将攻击、领航者的参考输入和非线性匹配部分合并成一个组合未知输入信号,通过设计分布式中间观测器对跟踪误差系统的状态、组合未知输入信号进行估计并设计容侵同步控制协议。利用李雅普诺夫函数证明跟踪误差系统稳定性。网络化多轴运动控制系统的实验结果表明所提方法能够保证系统具有良好的容侵同步控制性能,并且能够通过调节特定参数确保跟踪误差系统对于不匹配非线性不确定性的鲁棒性。     

网络化运动控制系统的分布式攻击重构

针对传感器网络下网络化运动控制系统的攻击重构问题,提出一种新的分布式投影中间估计器,以此估计传感器和执行器攻击信号.首先,引入投影算子确定受攻击的信道集,同时设计最小二乘算法减轻观测器在估计过程中的计算负担;然后,引入分布式估计框架以提高算法的可伸缩性和扩展性;最后,通过网络化运动控制系统的实验验证所提出方法的有效性.实验结果表明,所提出算法的估计精度和实时性分别优于现有的扩张状态观测器和梯度下降算法.     

SYN洪攻击的原理及容侵策略

本文介绍了TCP连接的三次握手机制,阐述了SYN洪攻击形成的基本原理,提出了相应的容侵策略-基于地址状态监控的防范技术,并给出该容侵解决方案的系统结构。     

网络化运动控制系统动态带宽分配方法

网络化运动控制系统是资源受限(带宽、时限)的实时系统,其整体性能不仅取决于控制算法而且与信息的调度密切相关.鉴于数学优化方法难于在线使用的问题,本文提出基于系统实际性能的动态网络带宽分配方法,进一步通过调整各轴回路的采样周期,实现系统整体性能的优化.     

网络化运动控制系统的动态带宽分配策略

针对网络化运动控制系统带宽限制和静态分配无法有效利用带宽资源的问题,提出了基于控制性能指标和当前网络状态的动态带宽分配策略.在保证各控制环最小可用带宽的前提下,根据定义的代价函数优化分配剩余带宽资源,实现带宽使用的最小化和系统性能的最大化.从算法实现的角度,按平衡状态、扰动状态和最大需求状态给出了3种典型的带宽分配方案,仿真结果证明了方案的有效性.     

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.     

网络化运动控制系统反馈调度器研究

网络资源的有效利用对网络化运动控制系统的性能至关重要。传统的静态带宽分配方法无法适应系统结构变化和负载波动。针对基于数学优化的动态带宽方法难于在线使用的问题,提出了通过设计网络反馈调度器,基于系统实际性能动态分配网络带宽的方法。根据获得的优化带宽分配,并通过调整各轴回路的采样周期,实现整体性能的优化。     

带有工业以太网的分布式多轴运动控制器

美国GALIL公司近期开发出具有工业以太网多轴智能化数字运动控制器DMC21x3／31x3系列，这种新产品控制轴数可以不受工业控制计算机或PC机插槽等物理尺寸限制而无限延伸；它将不同机种的控制器通过工业以太网进行连接，从而实现整个加工车问的网络化、信息资源共享，并且将电机的功率驱动器部分置于其中，用户可选择的放大器子板种类有交流伺服、直流伺服、步进电机等三种，     

基于多样性的可重配容侵服务系统

文章借鉴多版本容错软件的思想,提出了基于多样性的可重配容侵服务系统。该系统一方面能容忍随机故障所引发的错误,提高系统的可靠性,另一方面也能应对内部和外部随时出现的攻击,实现容忍入侵。最后,该文分析系统的可靠性和安全性,并提出下一步的研究方向。     

Model-based motion control for multi-axis servohydraulic shaking tables

The shaking table is an essential testing tool in the development of earthquake resistant buildings and infrastructure, so improving its performance is an important contribution to saving lives. Currently the bandwidth and accuracy of shaking tables is such that earthquake motion often cannot be replicated with the desired fidelity. A new model-based motion control method is presented for multi-axis shaking tables. The ability of this method to decouple the control axes is demonstrated. A linear parameter varying modal control approach is used – i.e. the modes of vibration of the system are controlled individually, with the modal decomposition repeated at each time step to account for parameter variations. For each mode, a partial non-linear dynamic inversion is performed in the control loop. Feedback is based on a combination of position and acceleration measurements. A command feedforward method is proposed to increase the tracking bandwidth, thus the controller has a two degree-of-freedom structure. Experimental and simulation results are presented for a large (43 t total) six degree-of-freedom shaking table. The simulation results are based on a detailed, validated model of the table. Experimental results show that the controller gives exceptional performance compared a conventional proportional controller: for example the horizontal acceleration bandwidth is six-times higher at over 100 Hz, which is also many times higher than the hydraulic resonant frequency. These results will allow a step change in earthquake simulation accuracy.     

多轴同步控制系统的寿命预测和延寿方法

随着多轴同步控制系统应用日益广泛,对其安全可靠性的要求也愈加迫切,尤其当元部件不可避免地逐渐退化时,对系统依旧具有持续工作的期许.鉴于此,针对一类考虑单轴执行器退化的多轴同步控制系统,将感知与认知相结合,提出一种基于系统剩余寿命(RUL)预测的动态矩阵(DMC)-PID串级延寿控制方法.首先,在不改变原有多轴同步系统结构的前提下,通过串级方式引入DMC作为延寿控制器,辅以PHM模块作为自主维护分析决策器,构建具有实时RUL预测和延寿功能的多轴同步系统新架构;然后,建立执行器隐含退化状态与多轴同步系统性能等感知信息之间的联系,得到多轴同步系统RUL分布的解析解并用于实时预测;接着,将其与同步系统的期望工作时长相结合,作为在线自主维护的认知依据,并基于给出的一种同时依赖执行器退化状态和延寿期许的自适应参数调节律,用以在线动态调整DMC约束矩阵Q和R的元素值,通过更契合退化过程特征和延寿需求的方式以减缓执行器退化、延长系统使用寿命,进而实现多轴系统性能与耐用性之间的更优折衷平衡;最后,通过舞台多电机同步控制系统仿真实验验证所提出方法的有效性.     

Prediction and congestion control algorithm for networked motion tracking

In this paper a novel prediction method and a communication protocol is proposed for distributed motion tracking systems, for example robot control system over the Internet based on on-line visual information. It is assumed that the trajectory generator part of the control system is connected to the low level controller through wide area network (WAN). In this case the variable network delay, packet losses, irregular packet arrival can severely influence the control characteristics (transient behavior and tracking performance) in a negative sense. The proposed prediction method is based on dynamic filters and it generates the trajectory on the control system side in the control periods when no new information on the time varying reference trajectory arrives through the network. The developed application level communication protocol is meant to keep the packet loss under a predefined limit even if the network bandwidth varies below the value required by the control application. Simulations and real-time experiments show that the prediction algorithm applied jointly with the proposed communication protocol can effectively compensate the effect of networked communication on control characteristics.     

A GESO based MPC approach to contour error control of networked motion control system

This paper presents a generalised extended state observer (GESO) based model predictive control (MPC) approach to contour error control for networked multi-axis motion system (NMAMS) with network-induced delays. First, the uncertainties induced by the network-induced delays are modelled as an additive bounded disturbance, and a novel model predictive controller based on the GESO is designed for the uniaxial trajectory tracking control system. The GESO is used to estimate the system state and the disturbance simultaneously, and the effects of the uncertainties induced by the delays are eliminated by the proposed GESO based controller. Then the contour error estimation method is adopted, and a PID controller is designed to compensate the contour error. Finally, experiments are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

全向重载AGV多轴协同运动控制研究

针对四舵轮式全向重载自动引导小车(Automated Guided Vehicle,AGV)的多电机伺服控制系统,转向时在外界负载的影响下,4个转向电机易出现不协同的现象。为实现4个转向电机高效协同,通过分析转向工况下,四舵轮式AGV中各个舵轮实时的转角关系,建立协同的四个转向电机数学模型;采用天牛须搜索算法(Beetle Antennae search algorithm, BAS)与PID控制器融合方法,对单电机PID控制器寻求最优PID参数;运用交叉耦合控制策略,分别设计4台转向电机的位置补偿器;最后通过Simulink仿真验证运动控制算法的可行性。实验结果表明,该运动控制算法的同步稳定性高,收敛速度快,抗干扰能力强,扩大了全向重载AGV的应用范围,因而具有较高的应用价值。     

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.