存在未知时延和Markov 丢包的网络控制系统故障检测与优化

将网络控制系统(NCSs) 的未知短时延处理成范数有界不确定性, 结合Markov 丢包影响将NCSs 建模为不确定Markov 跳变系统, 设计模态依赖的鲁棒故障检测滤波器. 为了提高检测系统性能, 采用后置滤波器对残差信号进行时域优化, 并以Moore-Penrose 逆形式给出其最优解. 同时, 设计自适应检测阈值, 并给出时变参数阵的迭代方法,降低了计算量. 数值仿真表明, 所提出的方法能够有效地抑制时延和丢包影响, 提高故障检测系统的检测能力和检测速度.

     

一类不受控离散事件驱动不确定线性切换系统优化控制

考虑一类不受控离散事件驱动不确定约束线性切换系统, 提出具有任意切换特性的约束优化控制策略. 引入有限时域性能函数, 定义约束最优控制问题. 为降低控制器的在线计算量, 通过参数化方法压缩最优控制问题决策变量的维数. 应用公共Lyapunov 函数和控制Lyapunov 函数理论建立的闭环切换系统, 具有对不确定扰动和不受控切换信号的渐近稳定性和逆最优性. 最后通过算例仿真验证了结果的有效性.

     

有源电力滤波器切换跟踪与优化控制

为了提高有源电力滤波器的动态性能, 基于切换系统理论研究其电流跟踪控制问题. 首先, 建立系统的切换动态模型, 根据切换系统理论和空间电压矢量法证明二次稳定性, 并设计相应的切换控制序列. 考虑到控制器的数字化实现, 建立系统的离散切换系统模型, 提出在采样周期内使系统性能最优的切换控制策略. 仿真结果表明, 该控制策略能实现对指令电流的精确跟踪, 降低功率器件的开关频率, 从而有效地提高系统的动态性能.

     

基于区间观测器的执行器故障检测

针对同时具有未知非线性函数(包括系统不确定性、外部干扰等) 和执行器故障的非线性系统, 提出基于区间观测器的故障检测方法. 首先, 在假定执行器故障不出现的前提下, 基于未知非线性函数的上下界信息, 提出两种区间观测器设计方法; 然后, 利用这两种区间观测器的输出和系统的真实输出, 构造可以对执行器故障进行检测的残差, 以此实现基于区间观测器的执行器故障检测. 最后, 通过两个仿真例子验证了所提出方法的正确性和有效性.

     

事件驱动的网络化系统最优控制

针对随机事件驱动的网络化控制系统, 研究其中的有限时域和无限时域内最优控制器的设计问题. 首先, 根据执行器介质访问机制将网络化控制系统建模为具有多个状态的马尔科夫跳变系统; 然后, 基于动态规划和马尔科夫跳变线性系统理论设计满足二次型性能指标的最优控制序列, 通过求解耦合黎卡提方程的镇定解, 给出最优控制律的计算方法, 使得网络化控制系统均方指数稳定; 最后, 通过仿真实验表明了所提出方法的有效性.

     

基于切换控制的经济模型预测控制

为了提升经济模型预测控制的经济性能指标, 提出一种切换控制策略. 首先, 依据Lyapunov 稳定性理论给出理想和扰动下的两类估计可行域, 并实时检测系统状态; 然后, 根据系统状态所处不同区域, 采用相应的控制器分别实施经济优化、状态驱动和稳态驱动. 所提方法在保证稳定性的同时, 能够为经济性能优化提供更多的在线优化时间和优化自由度, 获得比传统方法更高的经济效益. 通过一个负阻振荡器实例验证了所提出方法的可行性和有效性.

     

基于证据推理的联合故障检测方法

针对卡方故障检测方法对软故障的检测性能较差, 甚至会导致滤波器发散的问题, 提出一种基于证据推理的联合故障检测方法. 将组合导航中的各子滤波器作为证据, 利用每个子滤波器的状态及协方差构造联合故障检测函数, 并利用联合故障检测函数的概率分布计算基本置信指派, 再将多个证据按D-S 规则进行融合, 根据融合结果进行故障检测. 仿真结果表明, 所提出的方法对硬故障的检测性能与卡方故障检测性能相当, 但对软故障的检测性能要优于卡方故障检测, 可提高组合导航系统的可靠性和精度.

     

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.

     

自适应EWMA控制图统计经济设计

针对自适应指数加权移动平均(AEWMA) 控制图统计经济设计问题, 给出AEWMA控制图统计经济设计模型, 提出一种在偏移区间上对AEWMA控制图进行设计的多目标优化方法. 针对不同的偏移区间优化了AEWMA控制图, 并将AEWMA控制图统计经济性能与指数加权移动平均(EWMA) 控制图相比较. 结果表明, 所提出方法优化设计的AEWMA控制图仍具有克服EWMA控制图的惯性问题的统计特性, AEWMA控制图的经济性能也优于EWMA控制图.

     

基于复合执行机构的再入弹头自适应反演控制

为了提高再入弹头命中精度和机动突防能力, 将质量滑块和单框架控制力矩陀螺(SGCMG) 配合使用, 以在弹头再入全过程中产生足够的姿态控制力矩. 针对再入系统物理参数及外界环境干扰的不确定性, 利用反演方法设计再入弹头姿态自适应控制器. 该控制器可以对转动惯量不确定性进行自适应补偿, 并且有效抑制力矩干扰对姿态控制系统的影响. 对某型再入弹头的仿真研究表明, 所提出的控制器可以实现姿态角的良好跟踪.

     

具有多通道数据传输的飞行器网络控制系统故障检测

研究具有多通道数据传输的飞行器网络控制系统故障检测滤波器(FDF)设计问题.考虑每个通道存在各自的网络时延,且丢包符合Markov随机过程.首先,将系统建模为转移概率部分已知的离散Markov跳变线性系统,并设计了基于观测器的故障检测滤波器,将故障检测问题转化为H∞滤波问题;然后,利用LMI工具给出了FDF的可解条件和求解方法;最后,通过某飞行器网络控制系统的数值仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

Fault detection filter design for stochastic networked control systems

This paper is concerned with the fault detection filter (FDF) design for networked control systems subject to time‐varying transmission intervals and delays, packet dropouts, and communication constraints. The considered communication constraint is that only one network node is allowed to gain access to the shared communication channel. Also, the accessing of each node is scheduled by a specified stochastic protocol, and the remote FDFs perform the FD task only with these partially available measurements. By focus on the network‐induced phenomena, the whole FD system are first modeled in the framework of switched stochastic systems with multiple stochastic parameters. Subsequently, by using the multi‐Lyapunov functional approach and novel analysis approach, less conservative conditions including some previous existing results are derived to construct such FDFs. Finally, an example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

不确定时滞的无线网络控制系统的故障检测

研究了一类具有不确定时滞的无线网络控制系统的故障检测的问题。由于时滞是不确定的,可以通过增广向量法将系统建模为马尔科夫跳变系统。在此基础上,设计了观测滤波器,满足了滤波器在没有扰动的情况下均方指数稳定,在有扰动时,满足一定的H∞鲁棒性能。当系统发生故障时,故障检测系统立即检测出故障。所得结果通过仿真示例得到了验证。     

Fault detection for networked control systems subject to quantisation and packet dropout

This article addresses the stochastic fault detection (SFD) problem in finite-frequency domain for a class of networked control systems (NCSs) with respect to signal quantisation and data packet dropout. Considering a logarithmic quantiser and Markovian packet dropout, the NCS is modelled as a Markov jump linear system (MJLS) with quantisation error. Further, a new definition of finite-frequency stochastic H _? index is given, which gives a measurement of sensitivity. Subsequently, sufficient conditions are derived to guarantee that the MJLS can achieve such a performance. By virtue of the obtained conditions, the fault detection filters (FDFs) are designed in finite-frequency domain, which are valid in characterising the disturbance attenuation performance and finite-frequency fault sensitivity performance. Finally, a simulation example is given to illustrate the method and its effectiveness.     

具有长时延和丢包的网络控制系统的故障检测

针对同时具有网络诱导时延和数据包丢失的异步时钟网络控制系统,假设数据包丢失率一定,网络诱导时延大于一个采样周期,根据执行器接收数据包的情况,设计了系统的故障观测器,将其建模为具有事件率约束的异步动态系统,基于该模型进行了稳定性分析,当条件满足时,整个系统是指数稳定的。在此基础上研究了系统的故障检测,当系统发生故障时,观测器残差能够迅速发生跳变,从而检测出故障的发生。仿真示例验证了所提出方法的有效性。     

存在时延和数据包丢失的网络控制系统故障检测

考虑一类长时延网络控制系统,在假定其存在控制时延和数据包丢失的基础上对其进行故障检测．首先对系统进行建模,将故障观测器构建成随机时延切换系统模型;然后通过李雅普诺夫稳定性理论,将观测器系统的均方渐近稳定条件归结为一线性矩阵不等式,当系统正常时,若给定的矩阵不等式成立,则该观测器是渐近稳定的,当系统发生故障时,观测器残差...     

Fault detection for nonlinear networked control systems with stochastic interval delay characterisation

In this article, we are concerned with the fault detection (FD) problem for nonlinear networked control systems (NCSs) with network-induced stochastic interval delay. By employing the information of probabilistic distribution of networked-induced time-varying delay, nonlinear constraint and the FD filter, nonlinear stochastic delay system model is established. Based on the obtained nonlinear model, utilising FD filter as residual generator, FD of nonlinear NCSs is formulated as nonlinear H _∞-filtering problem. Especially, the stochastic stability and prescribed H _∞ attenuation level are achieved using the Lyapunov functional approach, the desired FD filter is constructed in terms of certain linear matrix inequalities, which depends on not only nonlinear level but also on delay-interval and delay-interval-occurrence-rate. Numerical examples are provided to illustrate the effectiveness and applicability of proposed technique.     

网络化控制系统中鲁棒控制器的设计与优化

针对网络化控制系统,提出了新型的延迟状态变量模型,考虑到模型的不确定因素和外 部扰动,推出了鲁棒控制器存在的条件,并给出了该控制器设计和性能优化的方法。仿真结果表明, 该控制器对所有允许的网络延迟、模型不确定性和外部扰动,具有良好的性能。