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。

具有访问约束和数据丢包的网络化系统H_(∞)鲁棒控制

针对同时存在访问约束和数据丢包的网络化控制系统,研究了H_(∞)鲁棒控制方法的设计问题.首先,采用Bernoulli随机过程来描述系统的数据丢包过程,并根据介质访问约束的随机访问机制建立了离散时间马尔可夫跳变系统模型;其次,通过Lyapunov稳定性理论和LMI技术导出闭环系统随机稳定的充分条件,并设计了相应的H_(∞)鲁棒控制器,使得闭环系统随机稳定并具有给定的H_(∞)性能;最后,通过仿真算例验证了所提控制方案的正确性和有效性.

变风量空调系统的优化控制研究

在变风量空调系统中,为了减少系统能耗并对静压控制回路进行稳定而有效的控制,提出了一种静压优化控制方法,根据各末端风阀开度的变化确定空调系统所需的最小静压设定值,采用粒子群算法优化神经网络,调整PID控制器的3个参数,通过PID控制器调节变频风机的频率,把实际静压控制在设定值附近。通过仿真和实验对该控制方法的有效性和优越性进行了验证。结果表明,采用该方法在满足空调系统负荷需求的前提下能使末端阀门处于较大的开度,降低了风机的运行频率,改进了控制质量,提高了控制精度,不仅能够有效节能,还具有较强的鲁棒性。

随机分布系统的神经保性能控制器设计

针对离散不确定输出概率密度函数控制系统存在的保守性问题,提出基于线性矩阵不等式神经控制的保性能控制算法。该控制算法是在线性矩阵不等式设计的基础上,加入附加增益的状态反馈控制,在控制器设计时用神经控制器调控附加增益,降低系统的保守性,同时利用线性矩阵不等式的方法给出保性能控制算法的可行性条件。通过实验证明,该保性能控制算法能够降低系统保守性,能较好地改善系统鲁棒性和稳定性。

基于改进多目标布谷鸟算法的污水处理优化控制方法

针对如何确定污水处理优化控制中关键变量的最优设定值,以满足出水水质达标的同时尽可能降低能耗的问题,提出一种基于改进多目标布谷鸟算法的污水处理多目标优化控制方法.首先,通过对污水处理过程的分析,建立基于神经网络的污水处理能耗和出水水质模型;其次,利用改进多目标布谷鸟算法同时对污水处理能耗和出水水质模型进行优化,得到溶解氧和硝态氮浓度的优化设定值;最后,利用PID控制器对关键变量的最优设定值进行跟踪控制,实现污水处理过程的多目标优化控制.仿真实验结果表明,与其他几种方法相比,所提出的方法在保证出水水质参数达标的前提下,更好地降低了污水处理过程的能耗,实现节能降耗和保护环境的目的.

DoS攻击下CPS双重安全控制与通讯的协同设计

针对一类具有执行器故障与DoS攻击的CPS,基于边缘计算理念,并结合事件触发通讯机制,研究了CPS双重安全控制与通讯的协同设计问题.首先,基于边缘计算的资源分配,提出DETCS下的CPS双重安全控制架构,并把有限能量的DoS攻击转化为一种特殊的时延,在DETCS下建立了具有故障与攻击的闭环CPS模型;其次,借助时滞系统理论,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,利用仿射Bessel-Legendre等不等式,分别给出了DoS攻击下状态与故障估计鲁棒观测器、执行器故障和DoS攻击双重安全控制与通讯协同设计的方法;最后,通过对四容水箱系统的仿真验证了文中理论结果的有效性与可行性.

基于反馈控制系统实时寿命预测的延寿策略研究

针对反馈控制系统性能因执行器隐含退化而无法满足控制任务时限要求的问题,提出了一种基于反馈系统实时寿命预测的动态矩阵控制(DMC)延寿方法.该方法首先基于Wiener和Poisson过程,建立了更加贴合执行器实际退化过程的复合模型;其次,通过分析执行器隐含退化对控制系统性能的影响给出了系统剩余寿命(RUL)的解析解,实现了系统RUL的实时快速预测;接着依据RUL的预测信息并结合DMC方法,通过在线针对性地对约束矩阵Q和R元素值的共同调整来延长系统的RUL,确保了控制任务时限性要求的目标达成;最后以双容水箱液位系统验证了本文方法的有效性,且较已有的LQR方法延寿效果和鲁棒性都更优.

基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计

针对桥式起重机工作过程中吊重摇摆的问题,基于预测控制策略提出了一种电子防摇设计方法.首先对桥式起重机进行动力学分析,利用Lagrange方程,建立了面向控制的数学模型.其次,根据对象的历史信息和未来输入预测其将来输出,结合预测误差补偿,通过性能函数的优化得到其控制律.最后,仿真结果表明,所设计的防摇系统能实现小车快速定位和吊重摆角的有效抑制.与最优防摇控制相比,系统超调量和摆角幅度均大大减小,显示了该防摇方法的优越性;加入参数摄动和测量噪声,防摇系统仍能很好地达到控制目标,说明了该防摇方法具有较好的鲁棒性.

拒绝服务攻击下网络化控制系统的安全研究

随着通信技术的飞速发展,网络化控制系统在越来越多的领域得以广泛的应用,由此产生的安全问题也变得更加突出。系统地回顾了网络化控制系统安全研究的最新进展,主要讨论了拒绝服务攻击对控制系统的影响,针对不同攻击类型的拒绝服务攻击,对其研究方法、思路等进行了综述。首先,从实现安全控制,优化控制性能方面进行综述;其次,又从攻击者角度对综述内容进行补充,包括攻击模型和传感器节点攻击等两个方面。最后,对网络化控制系统的安全研究进行了展望。该研究为网络控制系统的安全研究提供了依据。

执行器退化下反馈控制系统的寿命预测和延寿方法

在长期运行过程中,控制系统受到复杂工作环境的影响,执行器会发生不同程度损伤并导致其性能退化,进而致使反馈控制系统性能随之下降,甚至无法正常工作.因此针对执行器退化引起的系统性能恶化问题,建立了磨损和冲击共同作用的执行器复合退化模型,并采用基于失效时间的概率分布方法预测系统剩余寿命.然后,将执行器状态纳入控制器设计中,通过在线调整控制约束和修正设定值寻求系统性能与执行器健康指标之间的折衷平衡,以延缓执行器退化实现延长控制系统生命周期的目的.最后通过仿真案例验证了文中方法的有效性.

多模模糊控制在碱回收系统中的应用

根据造纸厂碱回收蒸发工段的工艺流程和控制要求,针对蒸发工段黑液的液位具有迟滞时间长、非线性、难以控制的特点,为了更高效地实现对黑液的处理,以达到标准排放的目的,提出基于模糊切换的多模控制算法。这种控制算法既有传统PID控制算法的优点也具有模糊控制算法的优点。在控制系统中引入模糊切换方法,使整个系统的控制精度和稳定性得到提高。经过调试运行,结果证明,该控制方案有良好的控制效果,能有效地稳定造纸厂黑液液位,减少蒸汽消耗,为造纸厂碱回收利用的高效化提供了良好的基础。

基于AIA-TSFNN的溶解氧浓度控制方法

针对污水处理过程中溶解氧(DO)浓度的控制具有时变、非线性以及设定值难以跟踪的问题,提出了一种基于人工免疫算法的TS模糊神经网络(AIA-TSFNN)控制方法.首先利用TS模糊神经网络的自学习能力设计了控制器;然后采用人工免疫算法作为TS模糊神经网络的学习方法,对网络的中心值、宽度值以及连接权值进行在线优化,以保证控制器的收敛性,提高控制精度;最后在国际基准仿真平台BSM1上进行实验验证,仿真结果表明,所提方法具有较好的自适应性和鲁棒性,提高了溶解氧的跟踪控制性能.

双端动态事件触发下信息物理系统输出反馈H_(∞)控制

研究了具有双端动态事件触发策略的信息物理系统动态输出反馈H_(∞)控制问题.首先,将闭环系统建模为具有两个区间时变延迟的线性系统,分别在传感器-控制器和控制器-执行器信道的事件触发策略中引入内部动态变量,建立异步动态事件触发策略的通信机制,通过扩大事件间隔来减少信道中的数据传输量.其次,为了保证闭环系统的稳定性,利用Lyapunov-Krasovskii泛函的方法,推导得出满足系统H_(∞)性能的渐近稳定性判据;基于这一稳定判据,实现了动态输出反馈控制器和动态事件触发策略的协同设计.此外,证明了事件触发策略下最小触发时间间隔正标量下界,从而排除了Zone现象.最后,用卫星系统的例子说明了所提策略的有效性.

模糊自适应PID在胶囊生产线温度控制中的应用

针对肠溶性胶囊生产线风干区温度控制采用常规PID算法容易产生调节时间过长、PID控制器参数不易整定等问题,本文提出了采用Bang-Bang控制与模糊自适应PID控制相结合的控制方法 ,充分利用了Bang-Bang控制时间最优与模糊自适应PID算法自动调整控制器参数的优点,设计出一种Bang-Bang+模糊自适应PID控制器。实践证明,该控制器大幅缩短了调节时间,提高了温度控制精度,具有一定实用价值。

具有访问约束和随机时延的网络化系统动态输出反馈控制

针对一类同时具有介质访问约束和随机时延的网络化控制系统,研究了其中的动态输出反馈控制设计问题.考虑到介质访问约束和随机时延的影响,将系统建模为一类具有参数不确定性的马尔可夫跳变系统,基于李雅普诺夫稳定性理论和LMI技术推导出系统稳定的充分条件,并且设计了相应的动态输出反馈控制器,使得闭环系统鲁棒稳定并具有给定的H_(∞)性能,最后通过仿真算例证明了所提出方法是有效的.

DoS攻击下信息物理系统事件触发保性能控制

针对信息物理系统的安全控制问题,提出拒绝服务攻击下基于事件触发的保性能控制方法.首先,考虑到拒绝服务攻击行为的随机特性,将拒绝服务攻击描述为具有固定丢包数的伯努利随机分布过程;其次,为了降低网络通信负担,采用离散事件触发通信机制对传感器的量测信息进行传输;随后,根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法给出拒绝服务攻击下系统稳定的充分条件,进而在给定的保性能水平下设计了基于事件触发机制的保性能控制器;最后,通过仿真实例验证了所提出控制方法的正确性和有效性.

具有通信约束的网络化系统动态输出反馈控制

针对一类存在访问约束和时变时延的网络化控制系统,研究了其中的动态输出反馈控制器的设计问题.考虑到介质访问约束服从Markov分布和时变时延的上界小于一个采样周期的情况,将网络化控制系统建模为一类具有不确定性的离散时间Markov跳变系统.根据Lyapunov稳定性理论与状态增广方法,给出了闭环网络化控制系统渐近稳定的充分条件,并设计了动态输出反馈控制器,使得闭环系统渐近稳定.最后通过仿真验证了所提方法的有效性.

混合永磁游标电机磁链观测器设计与协调控制方法

为了改善传统永磁顶驱钻井系统体积大、能耗高等问题,在顶驱钻井系统中引入混合永磁游标电机(hybrid permanent magnet vernier machine,HPMVM)构成新型直驱式顶驱系统。文章针对该电机磁链观测与驱动协调控制展开研究。首先,在两相旋转坐标下实现了永磁磁链的解耦,设计了一种超螺旋(Super Twisting Algorithm,STA)滑模永磁磁链观测器,实现了永磁磁链的准确观测。然后,建立不同速度区间与低矫顽力永磁体充/去磁状态的映射关系,提出了结合分区控制的最优转矩控制策略。在低速区内,饱和磁化状态使电机获得最优转矩;高速区内为了减少电机连续调节永磁体磁化状态带来的励磁损耗,采用分段调磁控制,并在定子电压、电流限制下,构建Lagrange辅助函数,通过对该函数求取极值获得最优转矩。最后,通过与传统弱磁控制进行仿真对比分析,表明STA滑模磁链观测器能够快速且准确辨识永磁磁链,并在全速域内实现最大转矩的输出,且降低了电机的铜耗,从而提高了整个电机系统的效率。

虚假数据注入攻击下信息物理系统动态输出反馈控制

针对受到虚假数据注入攻击的信息物理系统安全控制问题,将虚假数据注入攻击作为一类特殊的外部扰动,提出了一种具有攻击防御能力的H_(∞)动态输出反馈控制策略.首先,考虑虚假数据注入攻击对测量通道与随机时延对通信网络的影响,建立了一类具有网络攻击、随机时延和外部扰动等多种约束的闭环系统模型;其次,借助李雅普诺夫稳定性理论推导出攻击下闭环系统渐近稳定的充分条件,并基于线性矩阵不等式技术给出了H_(∞)动态输出反馈控制器的设计方法;最后通过一个仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性.

双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法

当系统发生扰动时,双馈风电机组的转子侧变流器会与串联补偿装置的电容器发生次同步控制相互作用(Sub-synchronous control interaction,SSCI),使双馈风电机组在一定程度上表现为次同步振荡的发生源,严重影响到电力系统的稳定性。在抑制次同步振荡的同时,当控制器参数发生变化时,使控制器原有性能不受影响:分析了次同步振荡的发生机理,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了研究该双馈风电机组次同步振荡的电磁暂态模型,通过在转子侧变流器中加入滤波器来抑制次同步控制相互作用的方法,有效地抑制了双馈风电系统中发生的SSCI,使畸变电流收敛,进而控制双馈风电系统输出的有功和无功功率,抑制系统中出现的SSCI,使双馈风电机组在低风速、高串补度和转子侧变流器内环增益较高的工况下都能够稳定运行。