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.     

面向数据包丢失补偿的网络化广义预测控制

针对网络化控制系统中存在的数据包丢失,考虑了基于状态空间模型的网络化广义预测控制问题;在假设反馈通道和控制通道的数据包丢失过程确定可知的情况下,提出了一种采用预测器和预测控制器分别补偿反馈通道和控制通道的数据包丢失对系统性能影响的方法,通过把广义预测控制问题转化为滚动线性二次型最优跟踪问题,基于动态规划给出了网络化广义预测控制器的设计方法,并基于Ricoati差分方程非负定解的单调性,给出了末端加权矩阵保证系统稳定性的充分条件,最后通过仿真验证了所提出方法的有效性.     

基于复合正交神经网络的灰色PID控制

结合传统反馈控制方法和灰色预测控制的预测控制器已在控制系统中获得了成功的应用。由于复合正交神经网络具有学习算法简单、收敛速度快，有逼近线性或非线性函数的优良特性。与灰色预测方法相比，神经网络预测精度高，且误差可控，如果把神经网络作为灰色预测器，建立一种灰色预测控制，那么就会在控制系统中获得良好的控制性能。为此，提出一种结合传统的PID控制和神经网络灰色预测补偿的灰色PID控制器，可对系统进行在线灰色估计和控制，由复合正交神经网络对不确定部分建立的灰色预测模型，可根据系统的参数变化来自动调节预测补偿值，使系统响应具有适应性。仿真结果表明，与传统的PID控制方法相比，该控制器可获得更为优良的动态性能和鲁棒性。     

改进的GPC在基于以太网的网络控制系统时延中的应用

针对基于以太网的网络控制系统(NCS)具有随机时延的特性,提出了将广义预测控制应用于网络控制系统中.为克服模型失配和系统不确定性的影响,基于BP神经网络建立一个误差的预测模型,用误差预测值对输出预测值进行补偿,构建了带误差补偿的广义预测控制算法.实验仿真验证了带误差补偿的广义预测控制在模型失配时具有更好的控制效果.     

基于状态空间模型的网络化广义预测控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延和数据包丢失,考虑了基于状态空间模型的网络化广义预测控制问题,提出一种采用最小预测步长和预测控制向量分别补偿网络诱导时延和数据包丢失对系统性能影响的新方法.分别给出了存在数据包丢失、网络诱导时延以及两者同时存在情况下的控制器设计方法.仿真实验结果验证了所提出算法的有效性.     

球杆网络化控制系统的延时分析与控制方法研究

对球杆系统进行了机理建模,并针对球杆网络化控制系统网络负载小、节点少、带宽冗余等特点,从网络通信原理的角度分析了网络延时的不确定性,结合测试结果提出了具有时变性、分段保持性延时特征的网络环境的假设.在这个前提下,将网络分布时延转换为前向通道上的单一时延.在此基础上提出了球杆网络化控制系统的根据延时分段补偿控制的策略及在...     

面向网络诱导时延和数据包丢失补偿的网络化广义预测控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延和数据包丢失, 考虑了网络化广义预测控制问题. 基于多个数据打包传送的通讯方式以及网络诱导时延和数据包丢失预先可知的假设, 提出了一种采用最小预测步长和预测控制增量向量分别补偿网络诱导时延和数据包丢失对系统性能影响的新方法, 给出了相应的网络化模型预测算法和网络化滚动优化算法, 对于被控对象参数未知或缓慢变化的情况, 给出了基于递推最小二乘辨识改进算法的网络化反馈修正算法, 通过仿真验证了所提出网络化算法的有效性.     

基于多模型的非线性系统广义预测控制

对于复杂的离散时间非线性系统，提出一种基于多模型的广义预测控制方法．通过在平衡点附近建立线性模型，并用径向基函数神经网络来补偿匹配误差，形成了非线性系统的多模型表示，然后采用模糊识别方法作为切换法则，并结合广义预测控制构成了多模型广义预测控制器．通过对连续发酵过程的计算机仿真，表明了该方法的有效性．     

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.     

基于神经网络与多模型的非线性白适应广义预测解耦控制

针对一类非线性多变量离散时间动态系统,提出了基于神经网络与多模型的非线性自适应广义预测解耦控制方法．该控制方法由线性鲁棒广义预测解耦控制器和神经网络非线性广义预测解耦控制器以及切换机构组成．线性鲁棒广义预测解耦控制器用于保证闭环系统输入输出信号有界,神经网络非线性广义预测解耦控制器能够改善系统性能．切换策略通过对上述两种控制器的切换,保证系统稳定的同时,改善系统性能．同时本文给出了所提自适应解耦控制方法的稳定性和收敛性分析．最后,通过仿真实例验证了该方法的有效性．     

基于网络的运动控制系统预测控制研究

针对一类基于网络的运动控制系统中存在的时延和丢包问题进行研究。对于网络运动控制系统存在数据时延和丢包的情况,建立网络运动控制系统模型。在此模型下,对预测函数控制算法进行分析,设计了预测函数控制产生器和数据延时预测补偿器,并研究相应的补偿策略。仿真分析表明算法的合理性和有效性。     

具有通信约束的网络化控制系统容错控制研究

Implementing a control system over a communication network induces inevitable time delays that may degrade performance and even cause instability. One of the most effective ways to reduce the negative effect of delays on the performance of networked control system (NCS) is to reduce network traffic. In this paper, adjustable deadbands are explored as a solution to reduce network traffic in NCS. A method of fault-tolerant control of networked control system is presented, which takes into account system response as well as network traffic. The integrity design for a kind of NCS with sensor failures and actuator failures is analyzed based on robust fault-tolerant control theory and information scheduling. After detailed theoretical analysis, the paper also provides the simulation results, which further validate the proposed scheme.     

DoS攻击下网络控制系统的记忆型事件触发控制

针对一类网络化控制系统，当考虑网络控制系统遭受PWM （Pulsewidth-Modulated）型DoS （Denial-of-Service， DoS）攻击时，提出一种基于缓存机制的记忆型事件触发机制策略.本文考虑的DoS攻击可检测，并且攻击的周期时长以及每周期内的最短休眠时间已知.为了减少网络控制系统中数据包的发送频次，本文设计了基于相对误差的新型事件触发策略，与传统事件触发策略相比，通过增加缓存器来有效利用已经发送的历史采样数据，最终达到改善系统动态过程的目的.接下来，综合考虑网络攻击和事件触发方案，建立了网络化切换系统模型，构造分段李雅普诺夫泛函，推导出系统指数稳定的结论并且对控制器增益及事件触发参数进行协同设计.最后，通过仿真案例，验证了所提出方法的有效性.     

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.     

含大时滞和噪声的网络化控制系统的最优故障诊断

研究含大测量时滞和噪声的网络控制系统(Networked control systems, NCS)的故障诊断问题, 提出一种新的基于无时滞转换方法的最优故障诊断器的设计方法. 该方法首先构造一个隐含故障状态的增广系统, 并利用无时滞转换方法将含有测量时滞的网络控制系统转换为无时滞系统. 然后给出了故障的可诊断性判据, 并利用对偶原理将最优故障诊断器的设计问题转换为状态反馈控制器设计问题. 最后, 通过构造一种满足二次型性能指标的最优故障诊断器, 实现了故障的实时诊断. 仿真示例验证了该方法的可行性和有效性.     

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．     

An Optimal Hybrid Learning Approach for Attack Detection in Linear Networked Control Systems

A novel learning-based attack detection and estimation scheme is proposed for linear networked control systems (NCS), wherein the attacks on the communication network in the feedback loop are expected to increase network induced delays and packet losses, thus changing the physical system dynamics. First, the network traffic flow is modeled as a linear system with uncertain state matrix and an optimal Q-learning based control scheme over finite-horizon is utilized to stabilize the flow. Next, an adaptive observer is proposed to generate the detection residual, which is subsequently used to determine the onset of an attack when it exceeds a predefined threshold, followed by an estimation scheme for the signal injected by the attacker. A stochastic linear system after incorporating network-induced random delays and packet losses is considered as the uncertain physical system dynamics. The attack detection scheme at the physical system uses the magnitude of the state vector to detect attacks both on the sensor and the actuator. The maximum tolerable delay that the physical system can tolerate due to networked induced delays and packet losses is also derived. Simulations have been performed to demonstrate the effectiveness of the proposed schemes.      

一类随机时延网络化控制系统的容错控制研究

将一类具有随机时延的网络化控制系统建模为具有马尔可夫延迟特性的离散跳变线性系统．借助跳变线性系统理论和容错控制的思想，研究了随机时延网络化控制系统的执行器失效问题．仿真结果验证了所提方法的有效性．     

网络传输迟延与丢包的补偿及系统稳定性分析

针对网络传输在控制系统中引发的问题，提出在控制器节点采用针对迟延和丢包的补偿估计器．以提高控制系统的性能。当迟延小于一个采样周期且数据包传输率已定时，将包含该补偿估计器的网络控制系统（CEDPNCS），描述为具有两个事件的异步动态系统，并推导出保证系统稳定的时变双线性矩阵不等式．仿真结果表明．所提出的方法能有效提高控制系统的性能．     

多回路网络化控制系统级联反馈调度

针对动态环境下的多回路网络化控制系统，本文基于反馈控制与网络调度协同设计的思想，提出一种级联反馈调度策略．以优化系统整体控制性能为目标，根据可用带宽资源的动态变化，对控制回路采样周期进行在线调节，将截止期错过率控制在期望的较低水平，并对可用带宽进行优化分配．仿真实验结果表明，相对于传统设计方法，该方法能够明显改善整体控制性能．