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。

不确定性线性系统的H_∞输出反馈鲁棒重复控制

为了抑制乘性不确定性线性系统中的外部扰动,提出了一种重复控制器与输出反馈控制器参数同时优化的方法.引入一个假想摄动将系统的扰动抑制问题归结为具有结构型摄动的系统鲁棒稳定性问题.根据小增益定理得到该结构型摄动系统鲁棒稳定性的充分条件.引入一个稳定的定标阵,得到该结构型摄动系统低保守性的鲁棒稳定性充分条件.基于该充分条件和线性矩阵不等式方法(LMI)、锥补线性化方法(CCL),提出的迭代算法可以同时计算出重复控制器中低通滤波器剪切频率的最大值及其对应的输出反馈控制器的参数.最后,低频线振动台系统验证了该方法的有效性。

线性离散时滞系统的输出反馈镇定

针对一类带有区间时变时滞的线性离散系统,研究静态输出反馈镇定问题和动态输出反馈镇定问题。通过构造合适的Lyapunov函数,并使用Jensen不等式技术和时滞区间因子技术处理其差分,分别给出了系统可由静态输出反馈和动态输出反馈镇定的时滞依赖的充分条件。后使用矩阵分块技术从理论上证明了所给出的镇定判据比文献中已有的具有更小的保守性。对获得的理论结果进行了数值仿真,仿真结果既表明了所提出方法的正确性和可应用性,也说明了增加时滞区间因子数可以减少镇定判据的保守性。

模糊双线性系统的鲁棒控制器设计新方法

针对一类具有范数有界参数不确定性的连续模糊双线性系统,提出了一种求解其鲁棒控制器的新方法。首先,基于T-S模糊模型对模糊双线性系统建模,采用并行分布补偿算法设计模糊控制器。结合Lyapunov稳定性理论,得到了闭环模糊双线性系统全局稳定的充分条件。然后,基于一种改进的锥补线性化算法的思想,将模糊控制器的设计转化成为一个受线性矩阵不等式约束的最小化问题。最后的仿真结果验证了设计方法的有效性。

随机线性重复过程的鲁棒H_∞模型降阶

研究随机线性重复过程的鲁棒H∞模型降阶问题,针对一个给定的随机线性重复过程,为构造降阶模型使误差随机线性重复过程均方渐进稳定且具有H∞性能约束,提出建立随机线性重复过程的H∞性能准则,利用投影引理求解模型降阶问题。将容许的降阶模型存在的充分条件表达成具有逆约束的线性矩阵不等式(LMI)形式。所得的条件不是严格的线性矩阵,可利用锥补线性化的方法转化为受线性矩阵不等式约束的非线性最小问题要标准软件上进行仿真。仿真结果证实设计方法的有效性。

离散模糊双线性系统的稳定控制

提出了一种对一类离散模糊双线性系统(discrete-time fuzzy bilinear system,DFBS)稳定控制的新方法。首先,把DFBS转换成一个等价的切换DFBS。然后,基于分段Lyapunov函数,同时考虑同一个子空间内不同模糊子系统之间的相互作用,得到了闭环系统放松的渐近稳定的充分条件。采用锥补线性化(cone complemen-tarity linearization,CCL)算法将控制器的设计转化成一个受线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)约束的最小化问题。最后,由仿真数例说明了所提方法的有效性。

一类网络控制系统数据包乱序的补偿控制

针对一类网络控制系统中出现的数据包乱序问题,提出了一种补偿控制方法以消除数据包乱序对系统的不利影响。首先利用时间戳(time-stamp)方法对从源节点发送的数据包时间序列进行标记,再在控制器和执行器端分别设置一个比较器,结合两者判断数据包是否发生乱序,若乱序则对数据包做相应处理,这使得用于被控对象的控制信号总保持最新,将闭环系统建模成一个Markov跳变系统。运用Lyapunov稳定性理论得到了系统随机稳定的充要条件,并采用一组具有逆约束的线性矩阵不等式(LMIs)表示该充要条件。对于控制器设计问题转化为线性矩阵不等式的凸优化问题,利用锥补线性化算法(CCL)得到了状态反馈控制器的增益。最后给出的数值仿真示例验证了所提方法的有效性。

考虑时延与丢包的网络控制系统分析与综合

针对具有时变网络诱导时延和丢包问题的网络控制系统稳定性分析与控制器设计问题,通过考虑网络诱导时延是时变和有界的情形,并分析网络诱导时延与其上界之间的关系,应用Lyapunov-Krasovskii泛函结合积分不等式方法,提出了一种改进的、同时考虑了网络诱导时延和丢包问题的网络控制系统稳定条件,并基于改进的锥补线性化迭代算法(improved cone complementary linearization,ICCL)给出了一种具有更低保守性的控制器设计方法。数值实例表明上述方法的有效性。

计及时滞影响的广域附加阻尼控制

针对广域测量信号的时滞对系统动态性能的不利影响,提出了一种电力系统广域附加区间阻尼控制器设计的直接迭代方法。由已知的线性矩阵不等式定理,推得一种作为时滞系统渐近稳定性判据的基于状态反馈的矩阵不等式定理。利用变量替换法,将定理中的非线性矩阵不等式转变为线性矩阵不等式,进而将阻尼控制器设计转化为隶属于线性矩阵不等式的锥补问题并进行迭代求解。该方法可直接获得状态反馈控制矩阵,并具有良好的收敛性。测试系统的仿真结果表明,广域附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,能够较好地抑制区间振荡。

不确定奇异时滞系统的时滞相关型鲁棒H_∞弹性控制

研究了含范数有界参数不确定性的奇异时滞系统的时滞相关型鲁棒H_∞弹性控制问题.文中所考虑的控制器增益摄动包括加性摄动和乘性摄动两种形式.在标称奇异时滞系统的时滞相关型稳定性判据的基础上,引入了一个新的时滞相关型有界实引理(BRL),进而给出了时滞相关型鲁棒H_∞弹性控制器存在的充分性条件,并利用LMIs和锥补线性化算法给出了控制器的表达式.从数值算例可以看出,所给出的设计算法是有效的.

短时延网络控制系统的状态反馈控制器设计

研究了短时延网络在网络时延、丢包和数据包时序错乱的网络环境下,网络控制系统(NCSs)的建模、稳定性分析、状态反馈增益设计以及控制器参数优化等问题.在稳定性分析中,获得了系统的稳定性充分条件.采用锥互补线性化(CCL)算法求解了镇定控制器的状态反馈增益值.将状态反馈控制器的设计问题转化为具有稳定域约束的优化问题,然后利用分布估计算法(EDA)求出其最优解,最终得到了系统控制参数的优化值.仿真结果表明,所提出的NCSs控制器设计方法可以有效保证控制系统的性能,经过优化后,控制性能得到明显改善.

大延时网络化控制系统保性能控制

针对事件驱动方式下的大延时网络化控制系统控制性能下降的情况,建立了时钟驱动方式的网络化控制系统模型,提出了一种基于状态预估的保性能控制设计方法。基于李亚普诺夫稳定性理论,设计了大延时时钟驱动方式的保性能控制器,使得系统在大延时的情况下仍能保证稳定并具有一定的控制性能,仿真算例验证了这种控制器的可行性。

基于状态预估的大延时网络化控制系统H_∞控制

针对一类具有随机大延时(延时大于系统的采样周期)的网络化控制系统,提出一种基于状态预估和时钟驱动的H∞控制器的设计方法,通过状态预估获取当前控制周期的预估控制状态,并通过相应的控制律计算出控制量输出。利用锥补线性化算法和LMI(Linear Ma-trix Inequality)给出了系统稳定的H∞次优控制器。仿真算例验证了本文结论的有效性和可用性。

网络化控制系统鲁棒L_2-L_∞控制器设计

将L2-L∞控制性能指标引入网络化控制系统,研究基于L2-L∞性能指标的网络化控制系统控制器设计问题。采用线性矩阵不等式方法和锥补线性化算法,给出了具有凸多面体形不确定性的网络化控制系统的动态反馈控制器的存在条件。所设计的控制器能够保证在延时和能量有界的外部扰动信号下,系统具有一定的L2-L∞扰动衰减度,最后通过一个仿真示例验证了所提算法的有效性。

飞行运动系统的鲁棒H∞模型降阶

分析飞行运动系统的鲁棒H∞模型降阶问题,针对给定的飞行运动系统,假设其具有范数有界型不确定性,构造一个降阶模型使误差系统渐近稳定且具有H∞性能约束.首先推导出复杂不确定时滞系统的H∞性能准则;然后基于该性能准则和投影引理得到容许的降阶模型存在的充分条件.所得降阶模型存在的充分条件不是严格的线性矩阵不等式,引入锥补线性化方法求解该非凸可行性问题.仿真结果表明该模型降阶方法的有效性.

不确定网络控制系统的死区调度与控制协同设计方法

针对具有不确定性的多输入多输出(MIMO)网络控制系统,提出了1种调度与控制协同设计方法。为改善网络服务质量(Qo S),将死区调度策略应用于MIMO网络控制系统,并将该系统建模为一类具有不确定性和时延的离散线性系统。为补偿网络诱导时延的影响,构造了1种状态观测器和反馈控制器。基于Lyapunov函数法和锥补线性化方法,给出了系统渐近稳定的充分条件及控制器设计的迭代求解法。针对死区阈值的优化,提出了1种基于二分法的阈值优化迭代算法。仿真算例表明该文方法是有效的。

网络化控制系统的建模与控制

针对具有不确定时变延时以及数据包丢失的网络化控制系统,提出了一种建模方式来研究该系统的稳定性以及镇定控制器设计的问题.用自由权矩阵结合Lyapunov-Krasovskii方法给出了使得网络化控制系统渐进稳定的充分条件,自由权矩阵的引入降低了采用固定权矩阵方法所得结果的保守性.给出了镇定控制器以及保证系统渐进稳定的最大延时的求解算法,数值算例验证了所提方法的可行性.

带有时延和丢包的变增益网络化预测控制

本文研究了带有时变时延和丢包的网络化控制系统变增益预测控制器设计问题。通过切换系统理论得到了闭环系统渐近稳定的充分条件并得到了一组非线性矩阵不等式。考虑到非线性矩阵不等式难以求解,采用锥补线性化的方法将非线性矩阵不等式转化为线性矩阵不等式。通过求解一组带约束的优化问题,可以得到在约束条件下对不同时延情况都满足控制系统稳定的参数,从而得到了变增益预测控制方案下的控制器参数来补偿网络中的时延和丢包。最后通过仿真实例验证了所设计方案的有效性。

具有时变输入与状态时滞的Markov跳变系统鲁棒H_∞控制

研究一类同时具有时变输入和状态时滞的不确定Markov跳变系统的时滞相关鲁棒H∞控制问题.采用新的Lyapunov-Krasovskii泛函,基于积分不等式方法,使所得结果具有较小的保守性.避免对时变时滞变化率等的限制.控制器可以通过锥补线性化方法求解.数值算例显示所提出方法的有效性.

基于动态输出反馈的时滞系统鲁棒容错控制

考虑参数不确定时滞系统的鲁棒容错控制问题。为设计输出动态反馈控制器,使得闭环系统在传感器发生故障时仍能保持渐近稳定。基于一种传感器故障模型,通过在解析过程中使用非线性变换和锥补线性化方法,得到了与时滞相关的动态输出反馈鲁棒容错控制器存在的充分条件,并给出了控制器参数的显式表示。通过仿真算例验证了结论的正确性和有效性。