MIMO网络控制系统的建模与分析

针对网络只存在于传感器节点与控制器节点之间的多输入多输出(MIMO)网络控制系统,研究了系统建模和稳定性问题.设传感器节点和控制器节点均为时间驱动,且它们的采样存在着固定的时间差,网络诱导时延的上界大于一个采样周期,建立了此类网络控制系统的模型.基于Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMIs)方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件.仿真表明本文的方法是有效的.     

存在通信约束和时延的多输入多输出网络控制系统镇定研究

讨论了一类存在通信约束和时延的多输入多输出网络控制系统（NCS）的建模和控制问题.该NCS具有多个传感器和执行器，由于网络通信受限,在同一时刻只能允许部分传感器和执行器访问网络.传感器和执行器访问网络的过程可以用两个马尔可夫链来描述,并且在假设传感器—控制器时延和控制器—执行器时延均为短时延的情况下,将整个闭环NCS建模成一个具有两个模式的马尔可夫切换系统.基于LMI技术和李亚普诺夫方法,给出了闭环NCS随机稳定的充分条件,并给出了状态反馈控制器的设计方法.最后的数值算例验证了所提方法的有效性.     

时延与丢包情形下的网络控制系统量化反馈镇定

网络控制系统是通过实时网络来形成闭环反馈的控制系统。网络的介入会带来许多不确定因素,包括网络诱导时延和数据包丢失以及量化误差,它们会影响系统的稳定性,严重时甚至会导致系统失稳。本文针对短时延网络控制系统,考虑传感器-控制器和控制器-执行器两个通道都存在数据包丢失,在传感器到控制器端设立量化器,将系统建模为一个异步动态系统,利用异步动态系统指数稳定性理论、线性矩阵不等式工具分析了闭环系统稳定性,并基于MATLAB软件的线性矩阵不等式(LMI)工具箱实验仿真进行有效性验证,结果证明了方案的可行性,最后给出控制器参数的设计方法。     

一类多延时多变量网络控制系统的建模及稳定性

针对一类多延时多变量网络控制系统（NCS）,讨论其建模和稳定性问题．首先假设传感器采用时间驱动、控制器和执行器采用事件驱动,建立了系统在连续时域~MIMO数学模型;然后根据Lyapunov稳定性原理和Razumikhin定理,构造系统的Lyapunov函数,并分析系统的渐近稳定性,进而得到了系统稳定的时延参数和稳定性条件;最后通过仿真实例验证了该类网络控制系统的稳定判据．     

MIMO网络控制系统的指数稳定性

研究具有时延和数据包丢失的多输入多输出网络控制系统的指数稳定性和控制器设计问题.对在传感器与控制器、控制器与执行器间皆有时延和数据包丢失的网络控制系统结构进行了简化,建立了动态输出反馈网络控制系统模型.基于异步动态系统理论、Lyapunov稳定性原理和线性矩阵不等式方法导出网络控制系统指数稳定的半负定矩阵条件和动态输出反馈控制律设计方法.数值算例说明结果是可行的.     

短时延多包传输网络控制系统的稳定性分析

提出一种短时延多包传输网络控制系统的建模方法.把多包传输网络控制系统建模为具有一定切换规则的线性切换系统模型.利用切换系统理论和鲁棒稳定性理论，得到多包传输网络控制系统的渐近稳定性判据,并首次提出周期动态输出反馈镇定控制器的设计方法.最后通过数值算例证明文中结论的可行性和有效性.     

时延网络控制系统保性能控制器的设计

本文讨论了一类不确定性时延网络控制系统保性能控制器的设计问题,首先把网络控制系统建模为一类具有不确定性的离散时延系统,利用Lyapunov稳定性理论,讨论了系统的稳定性,结合一个二次型性能指标,推导出了保性能控制器的存在性.     

基于数据包丢失的网络控制系统的稳定性分析

网络控制系统中,传感器采用时间驱动,控制器和执行器采用事件驱动,传感器的采样数据采用单包传输,假定传输时延可以忽略,且数据包传输的成功率一定,则整个网络控制系统可以建模为一个具有2个事件的异步动态系统。本针对受控对象状态均可测,控制律采用输出反馈的情况,利用双线性矩阵不等式方法,讨论了网络控制系统指数稳定的问题,并给出了稳定性的充分条件。     

一类基于观测器的非线性网络化控制系统的绝对稳定性

主要考虑了基于观测器的Lurie网络化控制系统的绝对稳定性问题. 由于采用了基于观测器的反馈控制器, 传感器到控制器的网络诱导时延和控制器到执行器的网络诱导时延不再能合并到一起处理. 首先通过状态增广方法将Lurie网络化控制系统建模为一个多时滞的Lurie系统, 然后利用Newton-Leibniz公式和添加自由权矩阵的方法给出了时滞依赖的稳定性条件. 在此基础上, 给出三种求解控制器和观测器增益矩阵的方法. 此外, 还分别给出了被控对象存在范数有界不确定性和结构不确定性时系统的鲁棒稳定性条件及鲁棒控制器设计方法, 所有得到的结果都是以线性矩阵不等式的形式给出的. 便于利用线性矩阵不等式工具包进行求解. 最后, 通过两个仿真算例说明了方法的可行性和有效性.     

时延网络控制系统的稳定性

针对网络控制系统中存在的不确定时延 ,首先讨论了系统的建模问题 .系统中传感器采用时间驱动 ,执行器与控制器采用事件驱动 ,传感器的数据采用单包传输 .假设传输时延小于采样周期 ,网络控制系统可以建模为一类具有不确定性的线性离散时延系统 .利用Lyapunov方法 ,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件 ,基于相应的线性矩阵不等式可行解 ,可以求解状态反馈控制律 .最后 ,用仿真例子验证了该方法的有效性     

基于状态空间模型的无线网络控制仿真研究

针对采用状态空间模型描述的几类无线网络控制系统,介绍了基于TrueTime的无线网络控制系统仿真程序的设计与实现问题。首先介绍了TrueTime工具箱的组成,然后给出了如何利用无线仿真模块实现基于状态空间模型描述的控制系统仿真方法。分别考虑当系统具有单输入多输出、网络诱导时延、数据丢包、时滞脉冲等特性时,利用TrueTime仿真工具箱,如何建立上述系统的无线网络控制仿真模型以及如何编写相应的程序代码。根据上述不同模型的仿真可以看出,对于不同的系统,他们的初始化设置基本相同,而任务代码却有很大的差别。仿真曲线符合理论结果,说明了仿真模型和程序代码的正确性与有效性。     

Weakly coupled event triggered output feedback system in wireless networked control systems

This paper examines output feedback control of wireless networked control systems where there are separate links between the sensor-to-controller and controller-to-actuator. The proposed triggering events only rely on local information so that the transmissions from the sensor and controller subsystems are not necessarily synchronized. This represents an advance over recent work in event-triggered output feedback control where transmission from the controller subsystem was tightly coupled to the receipt of event-triggered sensor data. The paper presents an upper bound on the optimal cost attained by the closed-loop system. Simulation results demonstrate that transmissions between sensors and controller subsystems are not tightly synchronized. These results are also consistent with derived upper bounds on overall system cost.     

δ算子下的网络控制系统最优控制方法

研究网络控制系统的随机最优控制问题,提出了针对随机时延的网络控制系统最优控制律和二次型性能指标极小的控制律设计方案．在δ算子域内应用动态规划理论．设计网络控制系统的最优状态反馈和输出反馈控制律,得到的线性二次型高斯控制器可对系统中的随机长时延进行动态补偿．最后通过实例仿真验证了上述最优控制方案的可行性和有效性．     

H∞ control of networked control systems based on Markov jump unified model

This paper focuses on a new H_∞ controller design issue for networked control systems with external disturbance as well as random time delays and packet dropouts in forward and feedback channels, which are modeled by multiple Markov chains in a unified style. The output feedback controller is designed to stabilize the networked control system and also achieves the prescribed H_∞ disturbance attenuation level. The addressed controller design problem is transformed into a nonlinear minimization problem with LMI constraints. An illustrative example is provided to show the effectiveness of the proposed methods. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Network-based feedback control for systems with mixed delays based on quantization and dropout compensation

This paper deals with the problem of feedback control for networked systems with discrete and distributed delays subject to quantization and packet dropout. Both a state feedback controller and an observer-based output feedback controller are designed. The infinite distributed delay is introduced in the discrete networked domain for the first time. Also, it is assumed that system state or output signal is quantized before being communicated. Moreover, a compensation scheme is proposed to deal with the effect of random packet dropout through communication network. Sufficient conditions for the existence of an admissible controller are established to ensure the asymptotical stability of the resulting closed-loop system. Finally, a numerical example is given to illustrate the proposed design method in this paper.     

Output feedback control of networked systems

This paper considers the problem of control of networked systems via output feedback. The controller consists of two parts: a state observer that estimates plant state from the output when it is available via the communication network, and a model of the plant that is used to generate a control signal when the plant output is not available from the network. Necessary and sufficient conditions for the exponential stability of the closed loop system are derived in terms of the networked dwell time and the system parameters. The results suggest simple procedures for designing the output feedback controller proposed. Numerical simulations show the feasibility and efficiency of the proposed methods.     

无线网络环境下工业过程运行反馈控制方法

针对一类工业过程运行控制中采用无线网络传输运行指标反馈值时存在的噪声和丢包问题,建立了输入为过程控制的输入输出、输出为运行指标的随机过程模型;提出了由不同采样速率的过程控制与过程控制设定值反馈控制组成的运行反馈控制方法;采用Lyapunov函数和不同采样频率的提升技术设计了过程PI控制器参数和过程控制设定值反馈控制器参数,保证了双闭环控制系统的随机稳定性;同时实现了运行指标实际值与目标值稳态误差的均值为零;通过浮选过程运行反馈控制仿真实验验证了本文所提方法的有效性.     

有时延和数据包丢失的网络控制系统控制器设计

在同时考虑网络诱导时延和数据包丢失的基础上,研究了动态输出反馈网络控制系统指数稳定性和控制器设计问题.基于一定的数据包丢失率和不大于一个采样周期的时延,将系统建模为结构事件率约束的异步动态系统.利用线性矩阵不等式方法推导出网络接通率约束的系统指数稳定的充要条件,给出了确保系统稳定的控制器设计方法.Matlab数值算例说明了研究结果是有效可行的.     

Guaranteed cost control of distributed parameter networked control systems with time‐varying delay

Distributed parameter networked control systems mean distributed parameter systems are controlled through a network, where the control loops are closed. In this paper, the problem of guaranteed cost and state feedback controller design is investigated for a class of distributed parameter networked control systems. With the network factors, such as transmission delays, data packet dropouts considered, the distributed parameter networked control system is modeled as a linear closed‐loop system with time‐varying delay and uncertain parameters. By selecting an appropriate Lyapunov‐Krasovskii function and using linear matrix inequality (LMI) approach, the controller is designed to render the system stable and it can keep the cost function less than a certain upper value. In addition, numerical simulation is included to demonstrate the theoretical results.     

基于输出反馈的不确定NCS鲁棒容错控制

研究了一类具有网络诱导时延和参数不确定性网络化控制系统鲁棒容错控制问题.基于将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵不确定性的NCS模型,同时考虑系统参数不确定性对系统的影响,应用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用输出反馈控制策略,推证出了保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生故障时仍渐进稳定的充分条件,并以求解线性矩阵不等式组给出了容错控制器的设计方法,最后用仿真算例验证了此方法的可行性和有效性.