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。

网络控制系统中利用主动丢包的重放攻击检测方法

为实现网络控制系统(Networked Control Systems,NCS)中重放攻击的检测,在现有研究利用物理水印检测重放攻击的启发下,设计了利用主动丢包对重放攻击进行实时检测的方法 .首先,在理论层面上,利用系统输出的残差构建检测函数,并通过受攻击前后检测函数的变化,证明该检测方法的有效性.然后,以一辆四轮汽车为被控对象,比较车辆受攻击前后速度与检测函数的变化.最后,综合考虑车辆对重放攻击的检测结果与速度跟踪结果,确定车辆的最优主动丢包率的范围区间.结果表明:加入主动丢包前,车辆受到重放攻击时,速度会发生剧烈变化而检测函数几乎没有变化;加入主动丢包后,车辆受到重放攻击时,速度剧烈变化的同时检测函数也产生了剧烈的变化;主动丢包率为12%~16%时,系统既能够准确地检测出重放攻击,又能够保证车辆平稳行驶,为后续的重放攻击检测研究提供了参考.

具有执行器故障的网络控制系统的非脆弱保性能控制

对短时变时延下具有执行器故障的网络控制系统的鲁棒非脆弱保性能控制问题进行研究。为了降低保守性,利用标称点方法对系统进行建模,并结合时变故障矩阵与非脆弱控制,将连续时间系统模型转变为具有范数有界不确定参数的时变离散时间模型。根据Lyapunov对离散系统的稳定性判据以及线性矩阵不等式技术,给出保性能控制器的设计策略和相应的二次性能指标的求解方法,并通过算例验证了所提策略的正确性。

基于事件触发的Delta算子网络控制系统故障检测

针对网络控制系统在高速采样情况下,网络中由于通信网络带宽受限发生时延和丢包所引起的故障问题,文中采用了基于事件触发机制和Delta算子相结合的故障检测方法。在对故障检测滤波器和控制器进行协同设计的同时,在Delta算子滤波器模型中加入构造向量,避免了参数设计时双线性项的产生。构造δ域的Lyapunov-Krasovskii泛函,对残差系统的稳定性和H∞性能进行分析。数值仿真实例验证了文中所提事件触发机制的有效性,并通过残差评价函数证明了其对故障的灵敏度较高。

欺骗性攻击下基于动态事件触发的网络控制系统的混合H∞和无源故障检测

本文基于动态事件触发研究了受欺骗性攻击的非线性网络控制系统的故障检测问题。利用一个服从伯努利分布的随机变量来描述欺骗性攻击,设计了动态事件触发机制以节省网络资源,构造了相应的Lyapunov函数,得到了滤波误差系统均方渐近稳定且满足混合H∞和无源性能的充分条件。故障检测滤波器参数的设计以线性矩阵不等式的形式给出。最后通过一个数值算例,比较了动态事件触发方案与静态事件触发方案,说明了所提方法的有效性。

基于自由矩阵的线性网络控制系统稳定性分析

本文主要研究了一类线性网络控制系统的稳定性问题。首先,将建立的网络控制系统模型转换为时变时滞系统模型;其次,构造一种新型扩展Lyapunov-Krasovskii泛函(LKF),同时使用广义的基于自由矩阵的积分不等式处理在LKF求导过程中产生的积分项,再基于引入的二次函数负定定理推导出一个具有较小保守性的稳定性准则。最后通过两个数例验证了该准则的有效性,进一步表明了本文所提出方法的可行性和低保守性。

考虑传播过程的应急网络控制系统故障恢复

紧急情况下,应急网络控制系统为人员提供远程控制能力,但系统仍存在一定故障率,且故障影响会利用系统灵活传输机制快速扩散,因此研究如何在故障快速扩散的情况下对系统实施故障控制,对保证系统安全运行具有重要意义.本文提出考虑传播过程的应急网络控制系统故障恢复策略.首先,基于复杂网络模型建立故障传播模型,定义传播路径上的故障强度,将分析故障信息关键传播过程转化为查找系统最大可能传播路径的问题,进而在连接边的故障传播属性乘积大于终止条件时,找到最大概率故障传播路径,有针对地布置故障检测点;再根据检测到的故障形式及检测点位置生成故障恢复策略库,结合系统可调度性和故障恢复效果,确定最优故障恢复策略.最后,以舰船应急火炮控制系统构建案例,验证方法可行性,并设置多节点故障,验证算法鲁棒性,仿真结果表明,在不同故障情形下均能制定最优故障恢复策略.

基于改进PSO-BP神经网络的网络控制系统时延预测

针对网络控制系统存在的随机时延问题,本文基于BP神经网络(Back Propagation Neural Network, BPNN)建模方法,在PSO(Particle Swarm Optimization)算法的基础上引入遗传算法中交叉和变异的思想,同时对惯性权重和学习因子采用线性递减和异步时变的改进策略,提出了一种性能更优的改进PSO算法,并用该算法优化BP神经网络,构建了一种改进PSO-BP神经网络的时延预测模型;然后运用MATLAB TrueTime2.0工具箱搭建仿真平台,结合获取到的历史时延采样数据对改进PSO-BP时延预测模型和PSO-BP、BP模型进行性能对比测试.实验表明本文所提出模型的预测精度更高,误差更小,能较好的解决网络控制系统的随机时延预测问题.

基于以太网技术的动力集中动车组一体化列车网络控制系统方案

为满足中国国家铁路集团有限公司运输及经营发展要求,进一步提高铁路运输服务品质,利用既有运输资源和机、客车的检修资源,结合既有动力集中动车组网络系统方案,提出了基于以太网技术的动力集中动车组一体化列车网络控制系统方案。该方案充分发挥以太网带宽高、速率快、组网灵活的技术优势,采用列车级和车辆级两级网络统一控制网、维护网和监测网,简化列车网络结构,实现多网络、多业务数据的融合。通过失效分析和可靠性分析论证了该方案的可行性,对比既有动力集中动车组的网络方案,分析了以太网一体化方案的技术优势,给出了技术升级方向。提出了以太网网络系统的网络安全防护策略。

列车网络控制系统的可靠性分配方法研究

列车网络控制系统的可靠性设计与分配在权衡方案利弊、找出影响系统可靠性薄弱环节、促进设计改进等方面有非常重要的指导意义。文章从列车网络控制系统可靠性需求分析出发,研究了计算网络拓扑可靠性的理论技术,提出针对列车网络控制系统冗余架构的网络拓扑状态转移模型,并基于马尔可夫过程推导出网络拓扑可靠性计算的数学表达式;在此基础上,结合复杂度、技术发展水平、重要度、环境条件等影响因素,提出采用评分分配法进行系统部件的可靠性分配方法。最后,以实际应用项目为输入,验证了列车网络控制系统可靠性计算与分配方法。该方法有助于依据实际项目应用对网络控制系统的RAMS分配指标,设计列车网络控制系统拓扑结构,并给出RAMS设计合理性论证方法。

具有包丢失的网络控制系统的H_(∞)预测控制

网络控制系统中通信网络的引入,使得数据包在传输过程中不可避免地会出现数据包丢失、数据量化等现象。针对双边具有数据包丢失的非线性网络控制系统,提出一种使闭环系统稳定的H_(∞)预测控制策略。首先,利用T-S模糊方法将非线性系统转化为全局模糊线性系统,用服从伯努利分布的随机过程描述丢包模型;其次,将MPC的无穷时域滚动优化问题转化为LMI优化问题进行处理;最后,通过对H_(∞)性能指标上界的滚动优化计算每一时刻的预测控制律,以LMI不等式的方式给出使得闭环系统稳定的充分条件。

多功能以太网列车网络控制系统维护软件的设计与实现

随着新型、智慧型轨道列车的快速发展,提高运维效率、降低运维成本成为最终用户日益关心的问题,因此设计高度集成、方便快捷的维护软件是解决此问题的方法之一。文章基于多种网络设备维护的需求,开发设计了多功能、集成式、可方便使用的网络控制系统维护软件,并分别论述了各个功能的设计思路、执行策略与实现方式。该软件主要功能包括以太网列车骨干网节点(Ethernet Train Backbone Node,ETBN)编组号查询、实时数据监控、数据下载/上传、FTP普通登录、离线数据分析等,可以对所有网络设备进行本地维护和跨编组维护,该软件还预留了可拓展维护其他系统的接口,仅此一个软件即可实现网络所有设备的运维工作,并可预设置登录信息,避免了频繁输入登录账号密码和错刷漏刷等问题,降低了维护成本,提高了维护效率。

灵活编组动车组网络控制系统设计

灵活编组动车组可根据速度等级及功率调整编组数量,动车组网络控制系统能够通过汇总车辆编码和各个车辆的配置信息等数据,自动识别列车编组情况,并通过列车网络完成对列车主要设备的管理、列车运行信息采集、列车运行状态的监测和诊断。文章从网络拓扑、系统组成、灵活编组控制等方面对灵活编组动车组列车网络控制系统的设计实现进行了描述。目前,试验动车组已经完成了静态试验和低速动态试验,验证了网络控制系统的合理性及可靠性。灵活编组动车组能够有效应对客流变化,节省运营成本和维护成本。

虚拟轨道列车网络控制系统的构建研究

虚拟轨道列车是一款胶轮承载、双端驾驶的多编组道路列车,多编组与双端驾驶符合轨道交通电气控制系统的特点,胶轮承载及道路运营符合道路交通车辆的特性。文章通过对比分析轨道交通与道路交通领域的网络标准及总线特点,并基于某典型新能源商用车与某有轨电车的网络拓扑,提出了一种适用于虚拟轨道列车的分网段冗余的控制器局域网(CAN)网络拓扑。该网络拓扑采用分布式输入输出模块(IOU)设计,以及通道复用、车辆控制单元(VCU)冗余控制、IOU点位冗余、故障诊断等可靠性设计。通过对超级虚拟轨道列车(SRT)网络控制系统的性能测试与示范运营,证明该网络控制系统可满足虚拟轨道列车的控制需求。

CRH380CL型动车组列车网络控制系统自主化研究

列车网络控制系统实现了动车组的控制、监视和诊断功能,针对CRH380CL动车组既有网络系统部件冗余性不高、备件停产以及技术支持力度不足等问题,基于既有网络拓扑结构,在保证其他子系统结构及功能不变的基础上,开展系统级自主化替代研究,实现TCN网络拓扑结构对既有ATI拓扑网络的替代,并完成包括自主化硬件研制及试验验证、系统及设备冗余性提升设计、RS485网关开发和子系统接口一致性测试、控制逻辑和显示屏界面等软件的完全移植以及半实物仿真平台测试等关键技术的研究和试验验证,保障动车组全寿命网络系统技术及备件支持,解决既有部件冗余性不高等问题,同时具备了软、硬件自主化升级以及未来PHM等新技术、新功能扩展的能力,降低了网络系统全寿命周期的运用维护成本。

基于网络控制系统对医院网络安全的分析及优化

近年来,随着医院信息化的迅猛发展,尽管为医院工作带来了便利,但同时带来了网络安全隐.患。网络控制系统(Network Control Systems,NCS)具有成本低、便于创建和维护.灵活性强、便于系统故障诊断等优势,成为一种备受关注的网絡安全隐患消除方案。在利用网絡控制系统維持网絡稳定的过程中,面临时滞、数据丢包、数据包时序错乱等问题,这些实际应用中不可避免的情况使得网絡控制系统的分析和设计变得异常复杂。文章主要研究了网络控制系统的模型建立、稳定性分析以及控制器设计等问题,同时通过进行仿真实验,验证了所得到的理论结果的可行性和有效性。

无人驾驶技术在轨道交通网络控制系统中的应用

本文介绍了无人驾驶技术的基本概念,详尽阐述了其在轨道交通中的必要性和施行过程。相比传统的有人值守驾驶列车,采用无人驾驶技术的列车网络控制系统不仅在软硬件设计上安全完整性等级要求更高,对已有无人驾驶技术在轨道交通中的应用进行分析,揭示了无人驾驶技术在网络控制系统中的应用优势。最后,对轨道交通无人驾驶网络控制系统的未来发展趋势进行了预测,并提出了若干完善和提高的建议。

通信受限下T-S模糊网络控制系统L_(1)动态输出反馈控制

针对通信受限的非线性网络控制系统,为兼顾系统性能和节约利用网络资源,引入事件触发通信机制(ETCM),利用时延建模方法和并行分布补偿(PDC)技术,将连续控制系统建模为一个采样数据误差依赖的非线性网络化系统模型;构建保守性低的时滞依赖和模糊基依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出增广系统稳定性和鲁棒性结果,得到鲁棒控制器存在的充分条件,提出一种基于线性矩阵不等式(LMIs)的事件触发参数,以及全局模糊L 1动态输出反馈控制器参数的协同设计方法。采用永磁同步电动机模型仿真验证,结果表明该设计方法可减少网络资源占用,达到闭环控制系统的性能要求。

舰船电站网络控制系统可信性分析设计技术

舰船电站网络控制系统由分层、局部向扁平、全局方向发展,信息安全问题可能直接导致功能安全失效,迫切需要开展相应的可信性分析设计;针对舰船电站网络控制系统面临的功能安全、信息安全等可信问题,通过从舰船电站网络控制系统中的系统、数据、网络3方面分析了可信性风险与设计需求,提出了相应的舰船电站网络控制系统可信性分析技术、数据可信性设计技术和网络可信性设计技术,保障舰船电站网络控制系统的可信性,为舰船电站网络控制系统研制过程中开展可信性分析设计提供了技术支撑。

短时延广义网络控制系统的指数保性能控制

本文基于标称点方法,在短时变时延条件下,研究了广义网络控制系统的指数稳定保性能控制问题.基于李雅普诺夫稳定性判据和线性矩阵不等式技术,给出了使得系统能够指数稳定且满足二次型性能指标的状态反馈控制器存在的条件和设计方法.通过采用标称点方法,有效地解决了现有方法没有考虑网络诱导时延与系统保守性的关系且适用范围有限的问题,并通过算例验证了有效性.由于建模过程中充分考虑了系统的保守性,相比之下获得了更好的二次型性能指标值.