面向网络诱导时延和数据包丢失补偿的网络化广义预测控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延和数据包丢失,考虑了网络化广义预测控制问题.基于多个数据打包传送的通讯方式以及网络诱导时延和数据包丢失预先可知的假设,提出了一种采用最小预测步长和预测控制增量向量分别补偿网络诱导时延和数据包丢失对系统性能影响的新方法,给出了相应的网络化模型预测算法和网络化滚动优化算法,对于被控对象参数未知或缓慢变化的情况,给出了基于递推最小二乘辨识改进算法的网络化反馈修正算法,通过仿真验证了所提出网络化算法的有效性.

带有网络诱导时延的分布式H_∞一致性滤波

研究事件触发通讯机制下带有网络诱导时延的一类网络化线性系统的分布式H∞一致性滤波问题.基于一类分布式事件触发策略并考虑有界网络诱导时延的影响,提出一类网络化分布式一致性滤波协议,将分布式网络化滤波误差系统建模为一个带有多重区间时变时延的时滞系统.利用多重时延的上下界构造一类Lyapunov-Krasovskii泛函,以线性矩阵不等式形式给出事件触发通讯机制下分布式H∞一致性滤波性能判据和滤波器参数的设计方法.最后通过数值例子说明本文所提方法的有效性.

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.

网络控制系统诱导时延的自适应补偿研究

在网络控制系统中,网络诱导时延是造成系统性能下降甚至不稳定的基本因素.为了有效地抑制网络时延对网络控制系统性能的影响,提出了一种基于BP神经网络补偿的自适应PID控制方法,在不改变已有PID控制器控制参数的情况下,实现了对网络时延的在线自适应补偿.仿真结果表明,与传统的PID控制器比较,该方法能有效补偿网络时延的影响.

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M atlab LM I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.M atlab仿真说明,分析方法是有效的,稳定判据是可行的.*

存在时延和数据丢失的网络控制系统的控制器设计

研究了存在时延和数据丢失的网络控制系统的控制器设计问题.鉴于数据丢失现象和网络诱导时延的存在,将网络控制系统建成随机时延切换模型.利用李亚普诺夫方法,给出了使网络控制系统均方渐近稳定的新颖且与时延相关的条件.基于这个条件,理想的控制器可通过求解若干个线性矩阵不等式得到.利用一个数值例子证明了方法的有效性.*

具有短时延和丢包的网络控制系统鲁棒H_∞控制

研究了一类具有网络诱导时延和数据包丢失的不确定网络控制系统的鲁棒H∞控制问题.通过增广系统状态,将反馈通道和前向通道均存在短时延和丢包的网络控制系统建模为包含4个子系统的切换系统,基于增广系统模型提出新形式的静态输出反馈控制律.结合时窗丢包率概念与平均驻留时间方法,得到保证闭环网络控制系统鲁棒渐近稳定且满足鲁棒加权H∞性能指标的充分条件.基于线性矩阵不等式处理技巧与锥补线性化算法,给出双通道丢包依赖的变增益输出反馈鲁棒H∞控制器设计步骤.设计实例验证了所提控制方法的有效性.

提高EPA系统网络时延性能的方法

为了提高EPA(Ethernet for plant automation)系统的网络诱导时延性能,研究了系统中功能执行和网络通信的内在运行机理和相互作用机制,提出了它们的协同方法。该方法通过给执行控制功能的用户层功能块和执行通信功能的链路层分组传输设定相互协同的时间片,以及对功能块执行时间和次数的确定,实现了EPA系统中控制与通信的协同。当设备巡回扫描周期较小或需要通信的功能块较多时,能够有效降低EPA系统的网络负载,提高网络诱导时延性能。

具有时延及数据包丢失的广义网络控制系统稳定性分析

对一类具有时延及数据包丢失的正则、无脉冲广义网络控制系统进行分析,其中传感器采用时钟驱动,控制器和执行器采用事件驱动.假设传输时延小于一个采样周期,数据包传输成功率一定,将广义网络控制系统进行建模为异步动态系统,同时利用李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法,给出系统稳定的充分条件.借助于Matlab LMI工具箱,可在判定系统稳定的同时,获得使系统稳定的状态反馈控制律.最后的仿真实例表明该方法的可行性.

网络控制系统的最大允许时延界

提出确定多输入多输出网络控制系统的最大允许时延界的新方法.由于网络诱导时延的分布特性,整个多输入多输出网络控制系统实际上是一个多时延系统.利用李雅普诺夫第二方法,得到网络控制系统时延相关渐近稳定性判据.最大允许时延界和输出反馈镇定控制器均可通过求解矩阵不等式(LMI)得到.仿真比较说明了本文结果的正确性和可行性.

网络控制系统中的时延分析(英文)

在控制网络中使用数据网络已经引起了广泛关注。如何处理网络诱导时延对网络控制系统的影响已经成为了网络控制系统的主要挑战。介绍了网络控制系统的概念,分析了网络控制系统的优缺点,探讨了网络诱导时延的组成、特点以及对网络控制系统的影响并给出了仿真结果,最后提出了未来可能的研究方向。

网络控制系统中不同节点驱动方式的时延研究

在建立网络控制系统模型时,节点驱动方式的不同,对整个系统的实时性、稳定性以及鲁棒性等理论研究产生很大影响;通过分析网络节点在四种驱动方式下的动作时序和数学模型,用MATLAB/TrueTime仿真工具箱仿真测试了不同驱动方式在不同延时条件下所表现的特性:小时延情况下,事件驱动的网络控制系统性能优于时钟驱动的网络控制系统性能,而当网络负荷较重,尤其出现大时延时,采用时钟驱动的网络控制系统配合先进预估控制策略,将会得到较好的系统性能。

时延网络控制系统调度与稳定性

针对共享网络资源的多个网络控制系统的调度与稳定性问题,考虑网络诱导时延对系统的影响,给出网络控制系统的模型描述;基于静态非抢占RM(RateMonotonic)调度算法,给出网络可调度与闭环系统稳定的充分条件。仿真结果表明该文的方法比已有的方法具有更小的保守性。

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.

有时延和数据包丢失的网络控制系统故障检测

针对同时存在网络时延和数据包丢失情况下的网络控制系统(NCS),研究了基于观测器的故障检测问题。对网络诱导时延大于一个采样周期的NCS,构建了增广系统模型。对于已知的数据包丢失率,在数据包正常传输和丢包发生的情况下分别设计了故障观测器,将观测器误差系统视为具有两事件率约束的异步动态系统(ADS),利用ADS理论给出了系统稳定的充分条件,基于矩阵不等式优化理论给出了故障观测器的设计方法。通过计算实际系统和故障观测器输出之间的残差,实现了NCS的故障检测。仿真算例验证了所提出方法的有效性。

具有时延和丢包的网络化切换系统控制研究

针对一类带有从传感器到控制器和控制器到执行器的双边随机网络诱导时延和数据丢包的网络控制系统,首先采用增广矩阵的方法建立了参数不确定性的离散时间切换系统模型,然后基于模型依赖的平均驻留时间切换系统的分析方法,给出了系统状态满足指数稳定的条件,接着进一步的建立了系统状态指数衰减率和任意丢包率的定量关系。最后分别对开环稳定和不稳定的控制对象进行了数值仿真,其结果验证了所提方法的有效性。

具有长时延和丢包的网络控制系统的故障检测

研究了具有长时延和数据包丢失的网络控制系统,针对网络控制系统故障检测问题,假设数据包丢失率一定时,根据执行器接收数据包的情况,设计了系统的故障观测器,用建模为异步动态系统进行了稳定性分析,当条件满足时,整个系统是指数稳定的。通过建立的检测模型,研究了系统的故障检测,并进行仿真。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。仿真结果验证了所提出方法的有效性。

具有时延和丢包的网络控制系统稳定性分析

在网络控制系统(NCS)中,网络诱导时延通常是随机的,且丢包过程同时存在于反馈通道和前馈通道中。针对含短随机时延和异步丢包的网络控制系统稳定性问题,采用不确定系统参数矩阵以克服双通道上随机时延对NCS分析的影响,进而考虑双通道均存在丢包的情况,将NCS建模为具有4个事件率约束的异步动态系统。根据传感器-控制器与控制器-执行器双通道的数据包丢失率,设计状态反馈控制器,稳定NCS闭环指数。通过物联网考勤机的无线传输控制系统实例验证了该方法的有效性。

单输入网络化控制系统的时延补偿滑模控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延问题,提出了一种离散滑模控制方法。基于一类线性时不变被控对象的单输入网络化控制系统离散模型,构造了具有时延补偿的滑模面。通过系统状态预估及对状态运动的分析,设计了可以完全消除系统抖振的滑模控制器。李亚普诺夫方法证明了该控制器能使系统状态在不产生抖振的前提下收敛于滑模面,并保证系统的渐近稳定,同时不要求网络诱导时延小于一个采样周期。以位置伺服系统为对象的仿真实例验证了该设计方法的有效性。

一类不确定时延网络控制系统的模糊控制

针对网络控制系统(NCS)同时存在网络诱导时延和数据包丢失的情况,讨论了如何设计控制器的问题。首先,给出了一种新的闭环网络控制系统的建模方法——模糊T-S方法,利用这种模糊模型去逼近非线性网络控制系统,使之局部线性化,并在此模型的基础上应用平行分布补偿原理设计了网络控制系统模糊控制器。进而,应用Lyapunov理论和LMI方法,研究了模糊NCS的稳定性问题,同时基于线性矩阵不等式给出依赖状态时滞和网络诱导时延的状态反馈模糊控制器的设计方法,并获得使模糊NCS稳定的充分条件。通过两个仿真实例验证了该控制方法的有效性。