DETCS下非均匀传输NCS故障调节与通讯的协同设计

在离散事件触发通讯机制(discrete event-triggered communication scheme,DETCS)下,针对一类存在执行器时变故障的系统,研究了非均匀传输NCS故障调节与通讯协同设计的问题.首先,基于系统等周期的采样数据,采用时延分析法和Lyapunov稳定性理论,给出了具有鲁棒H_∞性能的状态及故障估计观测器设计方法,实现了对系统状态及连续时变故障的快速准确估计;进一步在DETCS下,基于所获得的故障和状态信息,以求解LMI的方式给出了同时求取具有故障调节能力状态反馈增益矩阵与事件触发权矩阵的方法,实现了故障调节与通讯的协同设计;最后,通过仿真算例验证了所提方法的可行性和有效性.

事件触发稀疏数据传输下NNCS的满意容错控制

基于离散事件触发通讯机制,研究了在稀疏数据传输情形下非线性网络化控制系统(Nonlinear Networked Control System,NNCS)的满意容错控制问题。基于事件触发稀疏数据传输背景建立了带执行器饱和约束的闭环故障系统模型;利用提出的安全度定义和Lyapunov稳定性理论,推证出使NNCS具有广义H_∞/H_2性能和α-安全度的容错收缩不变集充分条件和相应的协同设计方法;通过仿真算例验证了理论方法在协同设计方面的可行性和节约网络资源方面的有效性,并提出了实际应用中应遵循的折中类定性原则。

拓扑切换的多传感器网络化系统分布式H_∞滤波

研究一类带有随机切换拓扑的多传感器网络化系统的分布式H∞滤波问题.首先提出一种新的监控机制来辨识拓扑的切换时刻,并利用Markov链来建模若干拓扑模态间切换.为了节约滤波系统的通信和计算资源,基于拓扑切换时刻的采样输出引入一组拓扑依赖的分布式事件触发传输方案.同时考虑主通道和冗余通道的数据丢包、拓扑切换与事件触发传输的影响,将网络化滤波误差系统建模为一随机时滞系统.利用Lyapunov-Krasovskii泛函,给出一有界实数引理使得滤波误差系统是稳定的且满足一定的衰减性能,并提出一种事件触发参数和网络化滤波增益的协同设计方法,最后通过仿真例子证明所设计滤波器的有效性和低能耗.

无线传感器网络中基于事件驱动的输出反馈控制

近10年,随着传感器、无线网络技术的发展,无线传感器网络促进了一系列新型网络化应用的诞生.然而在这一系列应用中,无线传感器网络耗能过多成为了制约其发展的瓶颈.在实际的应用中,传输所消耗的能量占电池总消耗能量的90%,因此研究节点数据传输节能问题有着巨大的实际意义.基于事件驱动的线性离散时不变系统的输出反馈控制算法,所提出的事件驱动传输策略能决定传感器何时发送数据.首先,通过一类近似二次值函数来推导出这种传输策略,基于此类传输机制,该系统可以很好地平衡执行器性能和无线传输速率.其次,利用所给出的传输策略设计了相应的输出反馈控制器.最后,通过数值仿真验证了理论结果的可行性和有效性.

一类光电跟踪系统中事件触发机制的设计及应用

对于图像采样频率远高于测距重频激光发射频率的一类光电跟踪系统,引入事件触发机制控制量测数据的传输,可在系统估计精度满足允许范围的前提下,减少系统中的通信量和估计中心的计算量.本文针对此类系统设计了基于非线性变换的事件触发机制;为定量的评价系统的估计性能,给出了事件触发机制下系统克拉美–罗下界(Cram′er-Rao lower bound,CRLB)的递推计算式.典型测试场景下的仿真结果和实测航路下的实验结果验证了本文设计的事件触发机制的有效性及实际工程中的可行性.

无线传感器网络中含未知输入的事件驱动状态估计器设计

近年来,随着传感器和无线网络技术的发展,基于无线传感器的新型网络化应用也应运而生。然而,无线传感器耗能过多成为制约其发展的瓶颈。因此,研究其节点数据传输节能问题有着巨大的实际意义,针对一种含未知输入的离散随机系统,结合事件驱动机制设计估计器以实现远程状态估计。相应的远程估计器满足了无偏和最小方差特性,随后,基于所提出的事件驱动策略判定何时发送数据,从而减少数据传输。此外,通过推导一类系统性能指标的上界详细推导了时间驱动策略的形式和参数,最后,通过数据仿真实验来验证所提方法的可行性和有效性。

基于事件触发传输机制的非线性系统模糊H_∞控制

针对离散时间非线性系统,提出事件触发传输机制下网络化T-S模糊控制器设计方法.在事件发生器中引入前提变量偏差触发条件,从而取消模糊控制器与被控对象的前提变量之间的同步要求.通过引入一组基于模糊前提变量特性的松弛等式/不等式,对于无传输时滞和定常传输时滞两种情况,分别提出具有较小保守性的控制器/事件发生器联合设计算法.最后,通过数值算例表明所提出方法的可行性和有效性.

执行器饱和NCS的满意容错与通信的协同设计

基于离散事件触发通信机制(DETCS),研究了非均匀传输周期下具有执行器饱和的网络化控制系统(NCS)的满意容错与网络通信间的协同设计问题.通过将保持器端数据的非均匀更新周期对系统性能的影响转化到对系统时滞的影响中,建立了一个具有执行器饱和的闭环故障NCS模型,该模型将建模中的多个因素集成在一个框架下,如执行器饱和约束、执行器失效、事件触发条件、非均匀传输周期、传输时延、计算时延和控制器信息等.基于不连续的Lyapunov-Krasovskii函数、互反凸技术、线性凸组合技术及琴生不等式,为具有多种性能的闭环故障系统提出了网络通信与满意容错间的协同设计方法.借助仿真算例,验证了提出的协同设计方法的有效性,此外还对不同性能指标和DETCS中的触发参数间的相容性进行了分析.

基于DoS攻击能量分级的ICPS综合安全控制与通信协同设计

针对一类有限能量拒绝服务(denial of service,DoS)攻击与执行器故障共存的工业信息物理系统(industry cyber-physical system,ICPS),研究了综合安全控制与通信协同设计问题。首先,考虑单侧网络遭受DoS攻击的情形,构建了ICPS综合安全控制架构,并从防御者的视角通过分析不同能量级DoS攻击对系统的影响差异,制定了相应的能量分级标准;其次,设计了DoS攻击的能量分级检测机制,并对小能量攻击以弹性控制鲁棒应对,对大能量攻击提出了一种PD(proportional-differential)数据重构补偿策略,提升了ICPS对DoS攻击的主动防御能力,而安全系数的引入又使主被动容侵得以交融协同;接着,在同一非均匀数据传输机制下,通过给出的观测器与综合安全控制器的设计方法,实现了对不同能量等级DoS攻击的主被动混合容侵、执行器故障主动容错,并与通信协同设计的目标;最后,通过四容水箱系统仿真验证了所得理论结果的有效性。