离散事件触发非线性网络化控制系统鲁棒容错控制

首先建立了集网络时变时延、执行器饱和约束及故障、离散事件触发条件于一体的不确定非线性闭环故障网络化控制系统(NCS)模型。然后应用Lyapunov稳定性理论和时延分段技术,结合改进的Jensen积分不等式和互反凸组合引理,推证出了闭环故障NCS稳定的时滞且事件依赖不变集充分条件,并给出了鲁棒容错控制器与离散事件触发条件权矩阵的协同设计方法。最后,通过一个仿真算例验证了本文方法不仅能使基于离散事件触发通信机制(DETCS)的NCS对故障有效容错,而且可通过触发参数的适当选取来节省有限的网络资源。

离散事件触发通讯下不确定NCS的α-稳定鲁棒容错设计

基于离散事件触发通讯机制,考虑执行器失效故障及饱和约束,研究时变时延网络化控制系统(NCS)具有α-稳定的鲁棒容错设计问题.针对具有参数不确定性的线性受控对象,采用状态反馈控制策略,建立一个涵盖执行器故障与饱和约束、网络时延、事件触发通讯约束的闭环故障NCS模型,基于Lyapunov稳定性理论、容错吸引域定义及改进的Jessen不等式推证出使闭环故障NCS具有α-稳定的时滞/事件共同依赖的不变集充分条件,并给出NCS鲁棒容错控制器与通讯触发参数协同设计的方法.以仿真算例验证文中所述方法可使闭环故障系统具有α-稳定性,进而揭示系统动态性能与数据传输量之间的定性关系.

NCS新型离散事件触发通讯与少保守性鲁棒H_∞容错协同设计

针对现有网络化控制系统(networked control systems,NCS)依赖网络固有资源进行容错控制设计方法的局限性,以及多性能指标约束下控制器设计的保守性问题,分析了现有离散事件触发通讯机制对系统性能负面影响,提出了一种具有动稳过程协调约束的离散事件触发通讯机制,并在该机制下建立了闭环故障模型,并结合改进的Wirtinger不等式与改进的互反凸组合引理等技术,获得了NCS的新型离散事件触发通讯机制与鲁棒H_∞容错控制的协同设计方法;最后以仿真算例验证了本文方法在确保系统性能、节约网络通讯资源与减少控制器保守性方面的优越性。文中触发条件的设计物理意义明确,触发参数便于选取,动稳兼顾的属性在确保系统性能的前提下能更有效地节约网络通讯资源。

基于离散事件触发的不确定NCS输出反馈控制

针对不确定网络控制系统,研究了基于离散事件触发的输出反馈控制问题。考虑系统中状态信息难以全部测量的实际情况,分别设计了具有动态补偿功能的输出反馈控制和基于观测器的状态反馈控制;进而,利用Lyapunov-Krasovskii泛函和线性矩阵不等式方法,建立基于Jensen不等式的时滞相关稳定性判据以保证闭环系统的渐近稳定性;最后,通过仿真实例验证了所提方法的有效性。

基于离散事件触发的不确定NNCS鲁棒完整性设计

从节约网络通讯资源和确保系统安全的角度出发,针对一类存在时变时延和不确定性的非线性网络化控制系统(NNCS),在执行器故障的情况下,进行离散事件触发通讯机制(DETCS)与NNCS鲁棒容错的协同设计研究.首先基于DETCS,考虑执行器失效故障,采用状态反馈控制策略,建立闭环NNCS故障模型;然后利用Lyapunov稳定性理论、互反凸组合等技术,得到DETCS下使系统具有鲁棒完整性的时滞/事件依赖充分条件,并给出NNCS容错控制器与事件触发权矩阵协同求解的方法;最后通过仿真实例验证文中所述方法的有效性,并对触发参数对系统性能、网络通讯资源占用的影响等进行分析讨论.

离散事件触发NCS的容错与容侵协同设计方法

针对执行器失效故障和网络攻击,在离散事件触发通讯机制(DETCS)下研究了NCS故障容错与攻击容侵的协同设计问题.首先,给出了DETCS下NCS故障容错与攻击容侵的架构,并以此为基础建立了集触发条件、执行器故障与网络攻击于一体的闭环NCS故障/攻击并存模型;其次,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,综合应用时滞系统理论、改进的Wirtinger不等式及互反凸组合引理等,推证出了NCS可容错故障/容侵攻击的完整性充分条件,进而给出了鲁棒H∞容错/容侵控制器与事件触发矩阵的协同设计方法,达到了容错/容侵控制与网络通讯间的协同设计目标;最后,通过仿真算例验证了所得理论结果的有效性与可行性.

离散事件触发通信机制下NCS实验平台的构建

目前离散事件触发通信机制DETCS(Periodic time-triggered communication scheme)下NCS(Networked control system)理论研究结果的验证仍限于单机下的Matlab仿真,尚无真实网络环境的引入;而传统基于周期时间触发通信机制的NCS实验平台,又缺少受控制需求驱动事件触发条件的约束。针对此问题,开发了DETCS下的虚拟NCS实验平台。该平台以校园局域网为通信媒介,采用OPC通信协议,结合西门子S7-300PLC,首先实现了分离于2台PC机上的被控对象和控制器的通信;其次将离散事件触发条件引入被控对象输出端,借助Matlab OPC工具箱提供的OPC技术及软件组态方法实现了真实网络环境下基于DETCS的虚拟NCS平台的搭建。实验平台测试及结果分析表明,DETCS的引入兼顾了NCS的控制性能和网络资源的节约,所搭建的平台能够为DETCS下的NCS理论研究提供有效的工程可用性验证平台。

基于事件触发的NCS鲁棒完整性设计

针对具有时变时延的网络化控制系统,在离散事件触发通讯机制下,研究执行器更一般故障情形下的鲁棒完整性设计问题.考虑参数不确定性的影响,建立事件触发的闭环故障NCS模型,基于Lyapunov稳定性理论及改进的Jensen不等式等,推证出使系统具有鲁棒完整性的时滞/事件依赖的少保守性充分条件,并给出NCS容错控制器与通讯协同设计的方法.通过仿真算例验证文中方法可在确保故障系统稳定的前提下有效地节约网络通讯资源.

事件触发NNCS鲁棒H_∞保性能容错与通讯协同设计

基于离散事件触发通讯机制(DETCS,discrete event-triggered communication scheme),研究了执行器故障下不确定非线性网络化控制系统的鲁棒H∞保性能容错控制与通讯协同设计问题。引入DETCS,采用状态反馈控制策略,建立了闭环故障系统模型;结合Lyapunov稳定性理论及少保守性技术,得到了DETCS下使系统具有鲁棒H∞保性能容错控制的时滞/事件依赖的充分条件,提供控制器与事件触发权矩阵协同优化求解的方法,讨论了几种不同目标约束下鲁棒控制与DETCS的协同设计问题;通过仿真实例验证了所述方法的有效性。

NCS的事件触发通讯机制与主被动混合鲁棒容错控制设计

针对具有时变时延的不确定线性网络化控制系统,在离散事件触发通讯机制下,研究了执行器任意失效故障情形下的主被动混合鲁棒容错控制.首先建立基于离散事件触发通讯机制的闭环故障NCS模型,并基于H∞控制思想,设计了鲁棒故障检测观测器;其次通过离线设计的被动鲁棒容错控制器确保系统在已知故障发生时稳定,未知故障发生初期减缓系统性能下降速度;同时利用鲁棒故障检测观测器实时在线检测故障,并重构控制器补偿任意未知故障对系统的影响.最后通过仿真算例验证了文中方法的可行性.

事件触发非均匀传输NCS少保守性鲁棒H_∞主动优化选择容错控制

在DETCS下,针对具有执行器故障严重程度可区分的NCS,研究了少保守性鲁棒H∞容错控制器的离线设计及其在线主动优化选择的主被动融合容错控制问题。首先,应用"偏序"的概念对故障进行严重程度区分,构建了主被动融合容错控制结构框架;其次,基于建立的模型,针对正常、轻微、中度及重度四类不同严重程度故障模式集,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,利用改进的Wirtinger不等式、互反凸引理等技术,给出了离线设计少保守性鲁棒H∞容错控制器集合的方法;然后,在线运行时根据故障诊断的严重程度,按性能最优及少切换的选择策略优化投切对应的容错控制器;最后,通过仿真算例验证了所提方法的可行性和有效性。

NCS的一种具有动稳过程共同约束的事件触发通讯与鲁棒容错协同设计方法

针对具有时变时延的网络化控制系统,从确保系统性能与节约网络通讯资源出发,提出一种具有动稳过程共同约束的离散事件触发通讯机制,并在该通讯机制下建立闭环故障NCS模型;基于Lyapunov稳定性理论及改进的Jensen不等式等技术,推证出使系统具有鲁棒完整性和低数据发送率的时滞/事件依赖的少保守性充分条件,并给出NCS容错控制器与通讯机制协同设计的方法;通过仿真算例验证提出的新型离散事件触发通讯机制的优越性.仿真结果表明,在相同数据发送量下,较现存通讯机制,文中方法对系统性能的影响更小,且对动态性能有一定的改善作用.

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。

事件触发机制下NNCS的主被动混合容错控制

考虑到具有时变时延的实际NCS的非线性特性以及执行器发生失效故障的随机性,研究了离散事件触发机制下NNCS主被动混合容错控制.首先通过T-S模糊模型建模,并利用并行分布补偿方案以及构造Lyaounov-Krasovskii泛函等方法,基于H∞控制思想,设计了故障检测观测器,以实现对故障的在线检测;然后通过离线设计的被动容错控制器确保在已知故障发生时系统保持稳定,在未知故障发生初期,能减缓系统性能下降的速度,并通过重构控制器来补偿未知故障对系统的影响;最后通过一个仿真算例验证了离散事件触发方式对网络资源的节约性以及所采用方法的有效性.

基于事件触发的线性网络化控制系统主-被动混合容错控制设计

针对一类具有时变时延的线性网络化控制系统(NCS),在离散事件触发通信机制下,研究了执行器任意失效故障的主-被动混合容错控制问题.建立了基于事件触发机制的闭环故障系统模型,设计了能使系统在发生故障集以内的故障时稳定的被动容错控制器.同时,设计故障诊断观测器估计任意执行器失效故障的大小,一旦获得准确的故障信息,立即重构控制器以补偿故障的影响.所设计的主-被动混合容错控制器在执行器任意失效故障下,不但能使系统稳定而且具有良好的控制性能.仿真算例验证了本文方法可在确保故障系统稳定的前提下能有效地节约网络通信资源.

网络化控制系统的新型事件触发通信与鲁棒广义H_2/H_∞容错协同设计

针对网络化控制系统(NCS)单纯依赖网络固有资源进行容错控制孤立设计方法的局限性,在分析现有离散事件触发通信机制不足的基础上,提出一种具有动稳过程共同约束的离散事件触发通信机制,并在该通信机制下建立与状态误差相关的闭环故障NCS模型;考虑参数不确定性和外界有限能量扰动的影响,基于Lyapunov稳定性理论与相关技术,给出网络通信触发权矩阵与广义H_2/H_∞指标约束下的满意容错控制器优化求解方法.通过仿真算例,验证新型离散事件触发通信机制的确能在不过分削弱系统性能的前提下,更多地节约网络通信资源,触发参数的选择也与系统性能有对应关系,为工程中选取相关参数提供便利.

基于事件触发的执行器饱和NCS容错控制

针对具有网络时延和执行器部分故障的网络化控制系统,考虑系统模型可能具有的参数不确定性以及未知扰动,研究执行器饱和时的稳定性问题。对网络时延提出离散事件触发机制,执行器部分故障采用故障矩阵方式,饱和项采取线性凸包法,由此推证出了闭环系统模型。构造Lyapunov泛函,得出闭环系统在吸引域内达到稳定的充分必要条件,由此得到相应控制器的设计方法。利用仿真证明上述对系统的处理确实可以使系统达到渐近稳定,而事件触发机制也确实可以减少数据量的传输。

基于事件触发的NCS鲁棒H_∞保性能控制

研究了一类基于事件触发机制的时变时滞网络控制系统的鲁棒H∞保性能控制问题。首先,针对具有时变时延的网络控制系统,为了有效降低网络通信信道中数据的传输量,建立了包含事件触发机制的系统模型。其次,结合Lyapunov稳定性定理,运用Jensen积分不等式和互逆凸组合的处理方法进行稳定性分析,得到了保守性更小的稳定性判据,并结合锥补线性化算法为系统设计了鲁棒H∞保性能控制器。最后,编程和仿真典型的数值实例,并分析其所得结果,从而验证了所使用方法的有效性。

新型ADETCS下工业信息物理系统综合安全控制

针对一类虚假数据注入(FDI)攻击与故障共存的工业信息物理系统(ICPS),在新型自适应离散事件触发通信机制(ADETCS)下,研究了综合安全控制与通信的协同设计问题。引入ADETCS取代传统离散事件触发通信机制,构建安全与通信可自适应协同优化运行的ICPS架构;通过对ADETCS中阈值函数的优化设计,获得一种可随系统动态行为双向连续变化的新型ADETCS;在该机制下,基于主动容侵和容错的思想,通过构造Lyapunov泛函,借助新型Bessel-Legebdre不等式、锥补线性化(CCL)等少保守性技术,在统一的自适应变采样框架下,推证出鲁棒估计器与综合安全控制器的求解方法,使ICPS可同时防御FDI攻击与故障,并具有更优的自适应通信调节能力。仿真结果表明:新型ADETCS中阈值函数的巧妙设计及CCL的应用,相较现存通信机制和设计方法,可使ICPS的综合安全控制性能与资源节约获得更优的折中平衡。

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.