长时延和丢包的网络控制系统保性能控制

为了研究具有长时延和丢包的网络控制系统保性能控制问题,假设传感器由时钟驱动,控制器和执行器由事件驱动,网络时延在两个采样周期之间,丢包具有马尔科夫跳变特性,利用状态增广的方法,把具有长时延和丢包的网络控制系统建模为具有两种运行模式的离散时间马尔可夫跳变系统,把网络时延转化为系统参数矩阵的不确定性.在此基础上,利用马尔可夫线性跳变系统理论和线性矩阵不等式方法,推导出使网络控制系统随机稳定的保性能控制律存在的充分条件,并给出了设计方法.数例仿真说明了所用方法的有效性.     

时延丢包网络控制系统的分析与控制

针对网络控制系统中同时存在时延和丢包问题,基于零阶保持器的工作机制,将同时受时延和丢包影响的网络控制系统建模为输入带有时延的控制系统,根据李雅普诺夫稳定性理论和时滞系统理论得出控制系统的时滞相关稳定性条件,进一步基于锥补线性化的方法给出控制器的设计方法,有效解决了网络控制系统中同时存在时延和丢包的控制问题。仿真算例表明所提方法的有效性。     

网络控制系统的时延相关状态反馈控制器设计

研究了具有时延、丢包和数据包时序错乱的网络控制系统镇定问题.为了有效提高系统的控制性能,本文根据网络控制系统的特点提出一种时延相关状态反馈控制方法,并将闭环网络控制系统建模为离散时间切换模型.在此基础上,通过构造依赖于参数的Lyapunov函数给出了闭环网络控制系统的稳定条件和镇定控制器设计方法.仿真结果和实验结果表明所提方法的有效性和可用性.     

通信受限网络控制系统的H∞ 控制

针对一类通信受限的网络控制系统,研究其随机稳定性和 ∞控制问题.考虑到系统存在随机丢包、时延、对数量化和概率传感器故障等因素,提出一种新的网络控制系统模型.基于Lyapunov稳定性理论,得到了系统随机稳定性的充分条件,并利用线性矩阵不等式技术,给出了系统 ∞控制器的设计方法.数值仿真算例验证了所得结论的有效性.     

具有网络丢包和时延的网络控制系统设计

为了降低对于网络传输的要求,针对具有固定时延和随机丢包情况的网络系统,采用状态增广以克服时延对网络控制系统分析的影响,进而考虑随机丢包情况,将增广系统转化为切换系统.以此为基础,提出网络鲁棒控制器设计方法.该控制器仅仅基于被控对象的反馈状态,因此对于网络传输的要求较低.最后,通过一个仿真算例验证了该系统的有效性.     

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．     

基于HTCPN和隐马尔科夫的网络控制系统模型分析

针对具有随机时延的网络控制系统(NCSs),研究其建模与系统分析问题.运用层次时间颜色Petri网(HTCPN)对以PLC为控制器的NCSs进行结构保留形式建模,并以新颖的方式将网络丢包和乱序现象与系统模型结合.重点分析系统中传感器-控制器、控制器-执行器随机时延分布情况,建立时延与网络中数据包运行情况间的关系.在此基础上,利用Baum-Welch算法建立两种时延的隐马尔科夫模型(HMM),进一步验证了HTCPN模型与HMM的等效性.     

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.     

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．     

基于自由权矩阵法的网络控制系统稳定性研究

研究了包含随机、有界传输时延和丢包的网络控制系统的稳定。将网络控制系统建模为具有时变输入时延的离散时间模型,利用Lyapunov-Krasovskii定理和自由权矩阵法,推导得出基于线性矩阵不等式形式的渐近稳定充分条件。数值仿真验证了方法的有效性。     

Compensation for control packet dropout in networked control systems

With the integration of communication networks and distributed control in modern manufacturing and process industries, networked control systems (NCSs) are becoming increasingly important due to its simplicity, scalability, flexibility, and cost effectiveness. However, there are still significant technical barriers that limit the applications of NCS technologies. Two challenges are network-induced time delay and data packet dropout. Applying a real-time queuing protocol that we developed recently, we are able to limit the sum of the network-induced communication delay and the control computation delay within a control period. This one-period delay is further guaranteed by well designed compensation for control packet dropout. Then, this paper proposes to compensate for the control packet dropout at the actuator using past control signals. Three model-free strategies for control packet dropout compensation, namely, PD (proportional plus derivative), PD2 (proportional plus up to the second-order derivative), and PD3 (proportional plus up to the third-order derivative) are developed. They are suitable for a large number of NCSs without the need to tune the compensator parameters. The proposed dropout compensation schemes are demonstrated through numerical examples.     

基于主动变采样周期方法的网络控制系统的H∞控制器设计

This paper studies the problem of designing H∞ controllers for networked control systems (NCSs) with both network-induced time delay and packet dropout by using an active-varying sampling period method, where the sampling period switches in a finite set. A novel linear estimation-based method is proposed to compensate packet dropout, and H∞ controller design is also presented by using the multi-objective optimization methodology. The simulation results illustrate the effectiveness of the active-varying sampling period method and the linear estimation-based packet dropout compensation.     

网络控制系统时变采样周期的建模与切换控制*

针对具有双边随机时延和丢包的网络控制系统,首先采用了主动时变采样周期的方法,利用事件和时间驱动相结合方式,传感器的采样周期可实时地跟随网络延时和丢包的变化而改变,克服了长时延和数据包错序的问题。然后将系统建立为统一的切换系统模型,结合基于平均驻留时间的方法,给出了系统状态满足指数稳定的条件,并且描述了其指数衰减率和丢包率之间的定量关系。最后通过数值例仿真验证了本文所提方法的有效性。     

存在时延和数据包丢失情况下状态反馈网络控制系统的指数稳定性

同时考虑网络诱导时延和数据包丢失以及传感器与控制器、控制器与执行器之间均存在网络的情况，研究了状态反馈网络控制系统的稳定性问题．基于一定的数据包丢失率和恒定时延，系统被建模为由结构事件率约束的异步动态切换系统．利用李亚普诺夫方法和线性矩阵不等式描述，推导出由数据包丢失率约束的系统指数稳定的充分条件，给出了系统指数稳定的容许数据丢包率和系统开环状态及闭环结构的关系，以使系统指数稳定．用Matlab LMI工具箱容易判定系统的指数稳定性，同时获得系统指数稳定的状态反馈控制律．Matlab仿真说明，分析方法是有效的，稳定判据是可行的．     

时滞系统方法的网络控制系统的研究

针对普遍存在的采样器和零阶保持器异步这一现象,研究了该类网络控制系统的状态反馈控制问题。首先,以事件驱动的零阶保持器的更新时刻为时间标识,并考虑到网络的诱导时延和数据丢包,建立网络控制系统的采样闭环模型,并转化为状态中连缀着两个时滞变量的时滞系统。然后,利用相应的时滞系统方法,对闭环网络控制系统进行了稳定性分析和控制器综合。最后,通过仿真实例验证了所得结果的正确性。     

基于主动变采样周期方法的网络控制系统的H∞控制器设计

利用主动变采样周期方法, 本文研究了具有时延及丢包的网络控制系统的 H∞ 控制器设计问题, 其中采样周期在一个有限集合内切换. 提出了一个新的线性估计方法以补偿丢包的负面影响, 并利用多目标优化方法设计系统的 H∞ 控制器. 仿真结果表明了主动变采样周期方法及基于线性估计的丢包补偿方法的有效性.     

具有时延和数据包丢失的动车组网络控制系统建模方法研究

提出了一种具有时延和数据包丢失的动车组网络控制系统(NCSs)建模方法。假设网络时延小于采样周期,数据包传输成功率是固定的。动车组网络控制系统可以被描述为一个事件驱动的异步动态系统,使用动态输出反馈控制方法,讨论了闭环网络控制系统的稳定性。     

时滞系统方法的网络化H∞控制

针对网络控制系统的主要影响因素,建立包含网络诱导时延和数据丢包及错序等非理想网络状况的系统统一模型。以此为基础,对闭环网络控制系统进行了H_∞性能分析和H_∞控制器设计。由于采用新的时滞系统分析方法并考虑网络诱导时延的下界大于零这一事实,所设计的控制器具有较小的保守性和广泛的适应性。最后通过仿真例子,表明所得结果的正确性。     

具有传感器故障的网络控制系统保性能可靠控制

基于存在时延和丢包的网络传输环境.针对具有参数不确定性的网络化控制系统,研究了其在传感器故障条件下的保性能可靠控制问题.根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMIs)方法,推导出使闭环网络控制系统在传感器故障条件下渐近稳定且保证综合性能指标满足要求的充分条件,并利用LMIs提出了保性能可靠控制率的设计方法.该控制算法在提高网络化控制系统可靠性的同时有利于系统综合体性能的优化.数值仿真验证了该方法的可行性和有效性.     

网络化控制系统的网络性能及稳定性分析

网络化控制系统的出现无疑大大推动了控制技术的发展，但这同时又对控制理论和信息技术提出了新的要求，对3种比较典型的控制网（EthernetBus,Token-passing Bus,CAN Bus）进行了较详尽的对比分析，以便根据不同的控制要求来选择不同的控制网络，介绍了几种网络化控制系统的稳定性判定方法，探讨了几种主要的网络参数（信息的最大允许传输间隔τ以及采样率h）对整个控制系统性能的影响；说明了信息技术与控制理论相结合的重要性。