传输时延和时钟同步对以太网控制系统的影响

在分析报文传输时延和时钟同步精度对EPA网络(工业以太网)控制系统的实时性和稳定性的影响的基础上, 提出了新的基于马尔科夫链的时延模型. 给出了在系统稳定的情况下, 通信宏周期、协议传输时延和时钟同步精度应满足的条件. 建立了无丢包情况下的EPA网络控制系统模型. 提出了EPA控制系统稳定时, 可以设置的最小通信宏周期的计算方法.     

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.     

网络控制中的丢包问题分析

介绍在网络控制（NCS）中出现丢包问题时的一种解决方法,所用的控制对象为应用广泛的三箱系统。通过实验模拟网络丢包的发生．收集到大量数据对网络状态进行分析．并通过仿真得到网络对控制对象的影响。     

基于动态矩阵的随机时延丢包网络控制系统

针对网络控制系统(NCS)中存在的时延可能大于一个采样周期,以及网络传输存在丢包可能的情况,提出了改进的动态矩阵控制(DMC)算法,通过在线纠正系统的阶跃响应系数来处理时延造成的系统误差,并通过建立缓存器,当数据传输过程中出现丢包时利用动态矩阵算法计算控制量及未来输出预测值的冗余信息来替代丢失的实时信息,减少丢包对系统性能的影响.最后通过基于TrueTime的实时仿真系统研究,对比了不同时延及丢包率情况下改进算法与传统动态矩阵控制算法的效果,表明随着时延和丢包率的增大,改进动态矩阵算法的优势明显,从而验证了该方法的有效性.     

含丢包和量化的网络控制系统随机鲁棒稳定

针对一类含有随机丢包和考虑信号量化情况下的网络控制系统,通过量化状态反馈控制方法,研究了系统的随机鲁棒稳定性问题。采用满足伯努利分布的随机变量对丢包过程进行建模;同时,采用对数量化器对传感器-控制器通道的信号进行量化,利用扇形界的方法将产生的量化误差描述为扇形界的不确定性。设计状态反馈控制器,结合所设计的量化器和随机丢包模型,利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法得到系统稳定和鲁棒稳定的充分条件。最后,利用数值仿真实例验证了所提方法的有效性。     

具有随机丢包的网络控制系统的镇定

研究具有随机丢包的网络控制系统(NCS)的镇定问题.同时考虑传感器节点到控制器节点(S/C)和控制器节点到执行器节点(C/A)的随机丢包,并分别对这两种丢包现象建模.基于Lyapunov稳定性理论,得到闭环系统全局均方渐近稳定的充分条件.进一步利用线性矩阵不等式(LMI)方法,得到状态反馈控制律的增益矩阵.数值仿真算例验证了所得结果的有效性.     

具有快变时延和丢包的网络控制系统镇定

对一类网络控制系统,研究了变时延和数据丢包对闭环系统稳定性的影响.基于Lyapunov-Krasovskii方法,给出了闭环系统的稳定条件,该条件不依赖于时延变化率的上界.通过求解一个适当的线性矩阵不等式(LMI)得到控制增益矩阵,求解时不需要对矩阵的结构进行限制,也不必使用重复迭代.最后,给出了一个数值例子以说明方法的有效性.     

具有双边随机时延和丢包的网络控制系统稳定性分析

针对具有双边随机网络时延和丢包的网络控制系统,首先基于Markov的随机过程描述系统丢包的特性;然后利用系统增广矩阵的方法建立参数不确定的离散时间跳变系统模型,在考虑Markov链转移概率矩阵中部分元素未知甚至完全未知的条件下,采用Lyapunov稳定理论和随机理论的分析方法,设计依赖于丢包特性且满足系统均方稳定要求的时变控制器;最后通过数值算例仿真表明所提出方法的有效性.     

EPA网络芯片验证与测试

提出一种EPA网络芯片的验证方法。介绍EPA网络芯片的功能和结构,设计基于虚拟设备的EPA网络环境,从验证网络通信接口和调度正确性的角度,将设计的EPA网络芯片接入到已有EPA网络中进行测试。测试结果表明,该仿真系统的同步精度在1 μs以内,能满足使用需求,且验证了现场可编程逻辑门阵列作为从时钟程序的稳定性。     

存在数据丢包的网络控制系统的控制

将存在数据丢包的网络控制系统描述为跳跃系统。基于一个李雅普诺夫泛函,只需满足4个线性矩阵不等式,便可通过带状态观测的状态反馈控制使闭环系统达到稳定。由于得到的条件不是严格的线性矩阵不等式条件,将不具有严格线性矩阵不等式条件的非凸可行解问题转化为具有严格线性不等式的非线性最小化问题,得到了求解状态反馈控制器增益和状态观测器增益的算法。数值仿真结果验证了该算法的有效性。在所设计的状态反馈控制器的校正作用下,闭环系统的响应是渐近稳定的。     

Design of Networked Control Systems With Packet Dropouts

This note is concerned with stability and controller design of networked control systems (NCSs) with packet dropouts. New NCS models are provided considering both single- and multiple-packet transmissions. Both sensor-to-controller (S/C) and controller-to-actuator (C/A) packet dropouts are modeled and their history behavior is described by different independent Markov chains. In term of the given models, sufficient conditions for stochastic stability are derived in the form of linear matrix inequalities (LMIs) and corresponding control laws are given. Numerical examples illustrate the effectiveness of the results.     

Output Feedback Stabilization of Networked Control Systems With Packet Dropouts

In this paper, we discuss the modeling and control of a class of networked control systems (NCSs) with packet dropouts. For the cases that there may be packet dropouts in both the backward and the forward channels in the communication network, and that the network-induced delays are shorter than one sampling period, the closed-loop NCS is modeled as a discrete-time switched system with four subsystems. By using the asynchronous dynamical systems approach and the average dwell-time method, sufficient conditions for the exponential stability of the closed-loop NCS are presented in terms of nonlinear matrix inequalities, and the relation between the packet dropout rate and the stability of the closed-loop NCS is explicitly established. A procedure involving an iterative algorithm is proposed to design the observer-based output feedback controllers. Lastly, an illustrative example is given to demonstrate the effectiveness of the proposed results.     

Robust Stabilization of Uncertain Networked Control Systems with Data Packet Dropouts

The data packet dropouts phenomenon is usually inevitable when information transmit- ted among communication networks.In this paper,the robust stabilization problem for uncertain networked control systems with data packet dropouts is studied.First,an uncertain discrete-time switching system model is presented to describe these networked control systems.The stability equiv- alence is then proved between this switching system and an uncertain impulsive difference system. Moreover,a sufficient condition is obtained for the asymptotical stability of the nonlinear impulsive difference system.From this condition the robust stabilization problem is dealt with for the uncertain impulsive system.Main results are given in linear matrix inequalities.Finally a numerical example is given to illustrate the theoretical results.     

Networked Iterative Learning Control Design for Nonlinear Systems with Stochastic Output Packet Dropouts

This paper develops two proportional‐type (P‐type) networked iterative learning control (NILC) schemes for a class of discrete‐time nonlinear systems whose stochastic output packet dropouts are modeled as 0‐1 Bernoulli stochastic sequences. In constructing the NILC schemes, two kinds of compensation algorithm of the dropped outputs are given. One is to replace the instant‐wise dropped output data with the synchronous desired output data; the other is to substitute the dropped data with the consensus‐instant output data used at the previous iteration. By adopting the lifting technique, it is derived that under certain conditions the expectations of the tracking errors incurred by the proposed NILC schemes converge to zero along the iteration axis. Numerical experiments are carried out for validity and effectiveness.     

具有一步随机滞后和多丢包的网络系统的最优线性估计

研究了具有随机时滞和丢包的网络系统的最优线性估计问题.本文通过两个满足 Bernoulli分布的随机变量来描述网络数据传输中可能存在的一步随机滞后和多丢包现象. 并基于新息分析方法,提出了线性最小方差下的最优线性状态滤波器、预报器和平滑器. 它们通过解一个Riccati方程和一个Lyapunov方程得到.最后,给出了稳态估值器存在的一个充分条件. 并通过仿真例子验证其有效性.     

丢包网络化控制系统非脆弱量化H∞控制

针对非线性网络化控制（NCS）系统中控制器参数存在摄动的问题,考虑传感器—控制器和控制器—执行器均存在随机丢包和量化误差,提出了一种加性非脆弱量化H_∞控制器的设计方法．利用李亚普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式（LMI）方法,将该问题转化为线性矩阵不等式约束和线性目标函数的凸优化问题进行求解,给出了丢包下的非脆弱量化H_∞控制器存在的充分条件．所设计的控制器在容许的参数摄动、丢包概率和量化密度条件下,不仅能保证闭环NCS的稳定性和性能要求,而且是非脆弱的．数值仿真验证了所提方法的有效性．     

基于灰色广义预测控制的网络化控制系统丢包补偿

针对网络传输中存在的数据丢包问题，提出了将灰色广义预测控制引入到网络化控制系统的新思想．将网络化控制系统视为灰色系统，设计了一个控制器节点由事件—时间驱动、传感器节点和执行器节点由时间驱动的分布式模型．利用灰色广义预测控制在线计算量小的特点，结合队列机制，提出补偿策略．仿真结果表明补偿策略效果良好．     

带未知通信干扰和丢包补偿的多传感器网络化不确定系统的分布式融合滤波

研究了带有未知通信干扰、观测丢失和乘性噪声不确定性的多传感器网络化系统的状态估计问题.通过白色乘性噪声描述系统状态和观测中的随机不确定性,采用一组服从Bernoulli分布的随机变量描述网络传输过程中存在的观测丢失现象,且数据传输中存在未知的网络通信干扰.当发生丢包时,以当前丢失观测的预报值进行补偿.对每个单传感器子系统,应用线性无偏最小方差估计准则设计了不依赖于未知通信干扰的最优线性滤波器.推导了任两个局部滤波误差之间的互协方差阵.进而,应用矩阵加权融合估计算法给出了分布式融合状态滤波器.仿真例子验证了算法的有效性.     

具有随机丢包的线性网络控制系统控制器设计

研究一类双向通道里同时存在随机数据包丢失的线性网络控制系统的控制器设计问题,随机数据包丢失同时存在于传感器-控制器和控制器-执行器网络通道里,随机数据包丢失采用满足Bernoulli分布的二进制切换序列来描述.在发生随机数据包丢失时,可采用闭环系统均方指数稳定的动态输出反馈控制器存在的充分性判据,并给出了基于线性矩阵不等式(LMI)的控制器求解方法,并通过一个仿真算例验证了控制器的正确性.