具有介质访问约束的网络化控制系统H∞状态估计

研究了一类存在介质访问约束和信号量化的网络化控制系统的H∞状态估计问题。首先,考虑到介质访问约束和信号量化的影响,将信号量化误差转化为扇形有界的不确定性,对由于访问约束而未获得网络传输的系统输出采用加权补偿策略,根据网络介质的随机访问机制将网络化系统建模为具有不确定性的马尔可夫跳跃系统。然后,在此基础上借助李雅普诺夫稳定性理论和H∞性能约束条件,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法给出状态估计器存在的充分条件,所设计的状态估计器使得估计误差系统渐近稳定且具有给定的H∞性能。最后,通过仿真实例验证了该设计方法的有效性。

基于丢包率估计的无线网络化控制系统的逼近控制策略

本文针对丢包为分段伯努利过程的无线网络化控制系统进行了控制器设计和稳定性分析。丢包满足分段伯努利过程是指未知丢包率将在未知时刻突变到另一个未知概率上并保持一段时间。针对这一丢包特点,本文提出了基于丢包率估计的逼近控制策略以保证系统稳定性。首先设计了丢包率估计器和逼近控制器,使系统在线估计丢包率,并利用丢包率估计得到控制量。然后为平衡系统性能和网络信道资源设计了信道调度机制。最后设计了丢包率突变检测器使系统自适应丢包率突变。在此基础上得到了保证闭环系统均方最终一致有界的充分条件和控制增益计算方法。数值仿真验证了控制策略的有效性。

基于动态信道切换的无线网络化控制系统的资源调度策略

本文针对通信网络中存在竞争和非竞争信道的无线网络化控制系统(WNCS),提出了一种基于估计器的信道选择策略,在保证控制系统稳定性的同时尽可能地节约了宝贵的非竞争信道资源。在无线网络化控制系统中,控制信号通过竞争信道传输时可能发生数据包丢失,导致执行器无法收到实时的控制信号。而传感器端未知控制信号的实际传输情况,因而也无法得知每个时刻执行器所使用的控制信号。针对这种情况,本文首先设计了估计器来估计执行器端上一时刻实际使用的控制信号,再通过信道选择策略来约束执行器端使用控制信号的误差。最后,在所提信道选择策略下设计控制器来保证控制系统稳定。本文通过数值仿真验证了所提算法的有效性。

基于优先级预测器的无线网络化控制系统的动态传输策略

本文针对无线通信网络中存在丢包的多包传输无线网络化控制系统(WNCSs),提出了一种基于预测器的动态传输策略,在几乎不增加信道资源占用的情况下显著提升系统稳定性。在多包传输的无线网络化控制系统中,由于通信资源的限制,传感器到控制器间的数据传输中出现丢包问题,影响控制系统性能。针对这个问题,本文首先设计了优先级预测器来预测下一时刻每个传感器数据对系统稳定性的影响,帮助系统决策每个传感器的发送优先级;再通过传输调节器对不同优先级传感器补偿相应的随机退避时间上限,进而让优先级高的传感器在随机退避的方式下优先传输;然后在此策略下设计控制器使系统稳定;最后通过数值仿真验证了本文策略的有效性。

面向软包装印刷设备的网络化控制器设计与应用

为提升控制器性能,借鉴典型的网络化控制器设计方案,根据软包装印刷设备的基础性能、成本及相关要求,针对原有控制器进行改造设计,提出了网络控制器总体设计方案。对主软件芯片进行配置,用改进的集成电路芯片TMS320F28335代替原来的TMS320LF2407三极管作为主校验晶振,探讨控制器在印刷张力控制系统中的应用。

T-S模糊网络化控制系统的事件触发控制

为解决遭受欺骗攻击的Takagi-Sugeno(简称T-S)模糊网络化控制系统的事件触发安全控制问题,针对T-S模糊网络化控制系统,采用改进型事件触发机制,在节省更多网络资源的同时使系统具有可靠的性能。采用不一致的方法解决了模糊系统的前提变量与模糊事件触发控制器的前提变量不一致的问题。采用伯努利过程建立了随机欺骗攻击模型。利用延迟系统方法,以线性矩阵不等式的形式给出了保证闭环系统达到随机渐进稳定同时满足给定的H∞性能的充分条件。利用实际案例验证了所提出的模糊控制方案的优越性与有效性。

基于LMI方法的网络化控制系统的H_∞鲁棒控制

为克服时延和不同步对系统性能产生的影响,将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵的不确定性,将网络化控制系统的状态向量扩张为增广状态向量,利用所提出的基于LMI的H∞鲁棒控制方法,通过状态的静态反馈控制,使得系统在没有外界未知扰动影响的情况下,闭环系统是二次稳定的;在系统存在外界未知扰动影响时,闭环系统具有较好的干扰抑制作用.仿真示例验证了该控制方法的有效性.

网络化控制系统的科学问题与应用展望

作为在串行网络上实现反馈控制回路的控制系统,网络化控制系统减少了系统布线,增加了系统的柔性,提高了系统的可诊断性和可维护性.在综述网络化控制系统研究现状与进展的基础上,对网络化控制系统所涉及的科学问题和应用领域进行了深入分析,并对网络化控制系统的未来发展作了展望.

含大时滞和噪声的网络化控制系统的最优故障诊断

研究含大测量时滞和噪声的网络控制系统(Networked control systems,NCS)的故障诊断问题,提出一种新的基于无时滞转换方法的最优故障诊断器的设计方法.该方法首先构造一个隐含故障状态的增广系统,并利用无时滞转换方法将含有测量时滞的网络控制系统转换为无时滞系统.然后给出了故障的可诊断性判据,并利用对偶原理将最优故障诊断器的设计问题转换为状态反馈控制器设计问题.最后,通过构造一种满足二次型性能指标的最优故障诊断器,实现了故障的实时诊断.仿真示例验证了该方法的可行性和有效性。

网络化控制系统故障检测技术的最新进展

伴随着控制系统的日益复杂化以及网络技术的飞速发展,网络化控制系统受到了人们越来越多的关注.而作为提高系统安全性和可靠性的一项重要技术,故障检测逐渐成为控制领域的研究热点之一.本文针对网络化控制系统中存在的各种典型问题,综述了相应故障检测技术的最新进展。

具有随机时延的网络化控制系统基于等价空间的故障诊断

随着控制系统技术的飞速发展 ,把网络环节引入到传统的控制系统实现迅速准确的远距离闭环控制是人们日益关注的课题 .而网络中由信息的碰撞、重发而产生的网络延迟对控制系统本身带来的负面影响却不容忽视 .本文针对网络化控制系统 ( Networked Control System,简称 NCS)的随机延时 ,提出了延时估计和在线获得延时数据的两种方法 ,建立控制对象的数学模型 .利用 z变换来处理延时 ,由等价关系产生残差 ,通过参数设计解耦干扰向量 ,从而对网络化系统的控制故障进行了诊断 。

带有输出传输时延的网络化控制系统基于观测器的FDI设计(英文)

将网络控制系统 (NCS)看成一个具有输出时延的采样控制系统 ,并建立了其数学模型 .接着构造了一个故障观测器 ,产生了系统故障的指示器残差 .然后在此基础上介绍了一种故障检测和分离 (FDI)的方法 ,总结了FDI观测器的设计算法 .最后 ,一个实例证明了此方法的可行性 .

基于无记忆降阶观测器的网络化控制系统故障检测方法(英文)

网络化控制系统 (NetworkedControlSystem ,简称NCS)研究的是如何通过网络实现闭环控制 ,是涉及控制科学和计算机网络等多个学科知识的跨学科研究领域 .本文将网络化控制系统视为带有时延的采样控制系统 ,构造了一个无记忆的降阶状态观测器 ,通过比较观测器输出和系统实际输出来产生残差 ,从而对网络化系统的控制故障进行了检测 .

网络化控制系统带宽配置的一种新策略

根据循环服务网的运行特征和三类数据(周期数据、紧急数据和非紧急数据)的不同实时性要求，分析了不同类型数据的网络稳定性条件，提出动态共享时间窗的带宽配置策略．该策略在满足系统实时性和网络稳定性要求的同时，降低了网络化控制系统对缓冲容量的需求并充分地利用了带宽资源．进一步地，通过仿真实验研究了基本周期内非紧急数据带宽配置策略的选择对系统实时性和网络稳定性的影响，说明当非紧急数据带宽选择合理时，两种非紧急数据带宽配置策略均可保证系统良好的总体性能．

基于以太网的现场网络化控制系统

为使分布在不同地域的现场控制设备和控制系统有机地连接成一体,达到宽广地域的远程监视与控制,提出了基于以太网的现场网络化控制系统。该系统设计采用以太网作为现场设备之间的通信网络,在研究基于以太网的现场网络化控制系统结构的基础上,开发了现场网络化控制系统可视控制组态平台和现场网络化控制系统可视监控组态平台。该系统具有成本低、结构简单、可靠性高、控制分散,可实现真正的"E网到底"控制等特点,能够组成开放式自动化控制系统;因而可克服以往集散控制系统和现场总线控制系统的局限性,大大降低控制系统的成本、提高控制系统的性能,并获得优良的性能价格比。该系统的研究与开发,可应用于缩短工业控制系统的开发周期。

基于观测器的网络化控制系统故障诊断方法

在网络中,由于信息的碰撞、重发而产生的网络延迟对控制系统本身带来了负面影响。针对网络化控制系统(networkedcontrolsystem,NCS)的随机延时,在事件驱动的执行器结点设置计时器和接收缓存区,在线获得了延时数据,建立了NCS的数学模型。通过增广模型法和等同输入法构建了两种观测器,从而产生残差,对网络化系统的控制故障进行了诊断,并提供了仿真结果。

基于分布式两级控制的孤岛微网网络化控制策略

针对传统微网下垂控制的网络化控制策略中数据传输随机丢包对系统控制精度和稳定性影响的问题,提出一种基于分布式两级控制的孤岛微网网络化控制方法。采用初级控制实现负荷分配,同时增加分布式次级控制部分弥补电压和频率偏差提高孤岛微网负荷分配精度并维持微网稳定,通过改进的分布式卡尔曼(Kalman)滤波估计微网电压与频率输出状态,可有效避免数据传输随机丢包对系统稳定性的影响。所提的控制策略可实现二次型性能指标的全局最优控制,且对较小程度的数据丢包率具有鲁棒性。仿真实验验证表明,所給出的控制方法是有效可行的。

网络化控制系统时延测量、分析与预测

针对网络化控制系统(NCS)中的随机时变时延,采用自行开发的基于应用层的测试软件,按照IETF(The Internet Engi-neering Task Force)的RFC2544规范,进行了6个多月实际测量,获得了170余万个网络时延数据;通过对实验数据进行相关分析,建立了网络时延的自适应自回归(AR)模型;并用自适应最小均方差(LMS)算法对实测的网络时延进行了估计和预测,实验结果表明了算法的有效性。

基于T-S模型的网络化控制系统的鲁棒容错控制

提出了网络化控制系统的一种全新的建模方式——基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型的网络化控制系统模型,即通过对具有马尔可夫特性的网络时延的分析,得到各时延值的发生概率即局部模型隶属度,从而建立T-S全局模糊模型.在此基础上建立不确定的网络化控制系统模型.考虑系统的不确定性,并针对传感器和执行器的失效问题,提出了保证系统鲁棒稳定的设计算法.利用李亚普诺夫函数,证明该算法能保障网络化控制系统的容错性和稳定性,仿真结果验证了其有效性.

不确定网络化控制系统的鲁棒容错控制

提出了网络化控制系统(NCS)的一种建模方法.该方法采用时延估计法和在线取得时延法来获取时变时延,不仅解决了采样时差和时变时延难以估计的难点,而且大大简化了NCS的建模过程.针对NCS中传感器和执行器的失效问题,利用Lyapunov法给出了一种新的鲁棒容错控制算法.运用该算法设计的控制器可使系统在网络时延、故障和建模误差的共同干扰下依然稳定运行,而且该算法接近于普通的状态反馈设计,便于工程实现.实验结果表明,算法能使系统在传感器失效和建模误差的作用下保持鲁棒稳定性.