基于数据丢包的网络控制系统的模型及稳定研究

随着互联网技术的发展,以太网逐渐被引入到工业控制领域.对于一个网络控制系统,网络带来的系统时滞和丢包是不可避免的,因此,在对网络控制系统的建模中,必需重点考虑时延和丢包的影响.研究网络控制系统的丢包模型,针对该模型用传统的PID算法对系统进行仿真实验,并分别阐述了在网络丢包情况下,控制系统的稳定性问题.     

时延网络控制系统的保性能控制研究

针对网络控制系统中存在的不确定时延,在传感器采用时间驱动,执行器与控制器采用事件驱动、时延小于一个采样周期的条件下,将网络控制系统建模为一类具有不确定性的线性离散系统并且其标称模型可控。围绕该标称模型,利用Lyapunov方法,基于相应的LMI可行解,给出网络控制系统保性能控制律的设计方法。通过仿真证明了该方法的有效性。     

丢包NCS的渐近稳定性分析与建模

在对网络控制系统稳定性技术研究的基础上,本文提出将NCS中的数据包丢失视作一个随机事件,同时把NCS中丢包问题视作一个切换系统来对丢包控制系统建模,利用MLF (Multiple Lyapunov Functions)来分析NCS的丢包率与系统渐近稳定性的关系,最后通过理论分析得出了系统渐近稳定时数据包丢失率的上边界值.     

网络环境下无人水面艇航向控制器设计

无人水面艇自主航行中受到外部环境干扰及在控制中心-执行器网络通道中存在网络诱导特性(如网络诱导时延、数据丢包等)的影响,会降低系统性能,影响航向控制系统的稳定性.为了能使无人艇按照设定航向快速、稳定地航行,提出一种基于网络的无人艇航向控制策略.首先,建立基于网络的无人艇航向控制系统模型.基于这个模型,运用Lyapunov稳定性理论和凸分析方法导出能使网络环境下无人水面艇航向控制系统渐进稳定的控制律,并设计基于网络的航向控制器.通过仿真验证所提出方法和设计控制器的有效性.     

时延网络控制系统的保性能控制研究

针对网络控制系统中存在的不确定时延，在传感器采用时间驱动，执行器与控制器采用事件驱动、时延小于一个采样周期的条件下，将网络控制系统建模为一类具有不确定性的线性离散系统并且其标称模型可控。围绕该标称模型，利用Lyapunov方法，基于相应的LMI可行解，给出网络控制系统保性能控制律的设计方法。通过仿真证明了该方法的有效性。     

网络环境下无人水面艇航向控制器设计

无人水面艇自主航行中受到外部环境干扰及在控制中心-执行器网络通道中存在网络诱导特性(如网络诱导时延、数据丢包等)的影响,会降低系统性能,影响航向控制系统的稳定性。为了能使无人艇按照设定航向快速、稳定地航行,提出一种基于网络的无人艇航向控制策略。首先,建立基于网络的无人艇航向控制系统模型。基于这个模型,运用Lyapunov稳定性理论和凸分析方法导出能使网络环境下无人水面艇航向控制系统渐进稳定的控制律,并设计基于网络的航向控制器。通过仿真验证所提出方法和设计控制器的有效性。     

用于船舶电站控制器的交流采样算法研究

对交流采样算法的分析表明,离散傅立叶算法不能算出频率,在非整周期同步采样时误差较大。非同步算法中的加窗插值算法通过加窗插值减小频谱泄漏,不需整周期同步采样,可直接计算频率,对船舶电站采样具有很好的适应性。该算法多针对谐波分析,当用于船舶电站,只计算基波参数时,需选择合理采样方案。通过对算法的分析与推导,选择合理采样方案,在满足精度要求的同时使计算量适中,并应用于船舶电站控制器,很好地满足采样要求。     

具有马氏切换的脉冲时滞神经网络的均方指数稳定性分析

为了研究一类具有马氏切换的脉冲时滞非自治Hopfield神经网络的均分指数稳定性,基于随机分析技巧和Razumikhin方法,建立一个体现交叉项的新颖向量非自治Halanay不等式.通过使用Lyapunov方法,将该不等式和切换系统及脉冲系统理论分析工具有机的结合,针对所研究的非自治神经网络系统建立了均方指数稳定的充分性判据.该不等式在结构和神经网络系统兼容,可减少因放缩带来的误差,且所得的判据具有较小的保守性,放宽了现有文献中对时滞变化率的限制.最后通过数值例子,证明研究结果的有效性.     

舰船无线通信网络链路非线性规划数学模型分析

受到时延和丢包问题的影响,以往链路规划方法的使用效果不佳,由此,提出舰船无线通信网络链路非线性规划数学模型分析方法。描述链路非线性规划问题,应用Whittle方法进行规划参数确定,结合离散小波变换方法组合模型参数,对不同时间尺度下的网络流量进行分解;通过判定最短流量数据的传输链路,将参数代入组合模型,得到相应的舰船无线通信网络链路非线性规划数学模型;利用非线性反馈控制原理,有效补偿系统的容错现象,改善系统的时延和丢包问题。由实验结果可知,该模型最低丢包率为0.70%,最大时延为3 ms,具有良好的非线性规划效果。     

连续型多输入多输出网络控制系统的稳定性研究

文章主要研究的是静态输出反馈的多输入多输出的网络控制系统,首先分析了多输入多输出网络控制系统的连续时间模型;其次,针对连续时间模型,假设当数据传输过程中,各个回路的时延是相等的且为固定的,通过分析得到了时延独立稳定结论与时延相关稳定结论;最后,通过利用Matlab线性矩阵不等式工具箱进行仿真,在给定静态输出反馈控制律增益K的情况下,得到了可以允许的最大时延上界,结果表明该方法简单、可行。     

智能船舶远程驾驶控制技术研究现状与趋势

阐述智能船舶及其远程驾驶的发展背景.基于目前大多数无人船艇远程控制存在的问题,在分析智能船舶远程驾驶需求和场景的基础上,提出基于人机共融理念的智能船舶远程驾驶框架.针对不同的远程驾驶模式,提出技术等级和相关的关键技术.通过借鉴交叉领域网络控制系统的发展成果,指出网络时延补偿、网络丢包补偿、安全应急、运动模型应用、运动控...     

欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制

[目的]针对全球定位系统拒止环境下的欠驱动无人船（USV）精准位姿镇定问题,提出一种基于单应性的欠驱动无人船单目视觉伺服镇定控制方法。[方法]借助单应性分解技术,直接从当前图像和期望图像中重构出具有未知尺度因子的位姿误差,可完全摆脱相机外部参数标定和目标物先验信息;针对欠驱动约束,在连续时变输出反馈控制器中引入基于持续激励艏摇角的周期函数,使得欠驱动无人船能够在图像深度、运动速度、模型参数均未知的情况下实现镇定控制。[结果]在李雅普诺夫理论框架下,采用芭芭拉引理严格证明了欠驱动无人船视觉伺服闭环控制系统的渐近稳定性。[结论]仅采用船载单目相机,所提出的视觉伺服策略能够确保欠驱动无人船实现精准位姿镇定,为海上接驳对接、靠离泊、动力定位等实际需求提供重要技术支撑。     

欠驱动不对称水面船舶输出反馈镇定控制

研究了一类欠驱动不对称船舶的全局一致渐近输出反馈镇定控制问题。该船舶横向上未装备驱动装置,加速度带有不可积的非完整约束条件,并且惯性参数矩阵和阻尼参数矩阵中的非对角线元素允许存在非零项。由于欠驱动船舶的速度和角速度不易测量,设计了高增益观测器估计速度状态变量。通过对系统进行坐标变换,并结合高增益观测器,根据分离原则设计了欠驱动不对称船舶的全局时变光滑输出反馈镇定律,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于角度传感器的水动力装置水翼控制系统

水动力控制系统的研制成功,使得某型先进的水翼航行器得以从理论研究转化为工程应用。该文介绍了基于角度传感器,并对信号进行线性放大后,使用C 8051F 000单片机组成反馈型邦邦控制系统,实现对水翼的自动控制及相应的AD采样子程序。     

一类存在量测信号时滞的模糊系统H_∞滤波设计

研究了一类基于T-S模糊模型的非线性离散时间系统H∞滤波的设计问题.假设系统的量测信号传输到滤波器所引起的时滞是时变且有界的,也就是说,时变时滞的上界和下界均已知.目的是设计H∞滤波器,使得滤波误差系统内渐近稳定且具有给定的H∞性能指标.首先基于模糊Lyapunov函数方法和Finsler引理,给出了H∞滤波器存在的时滞依赖充分条件.在此基础上,利用线性矩阵不等式方法设计了H∞滤波器.最后,利用数值例子说明了设计方法的有效性.     

基于模糊神经网络的船舶自动驾驶仪的研究

分析了常规船舶自动驾驶仪存在的缺陷,针对船舶操作这种非纷陛、时变参数的控制对象,提出了一种基于模糊神经网络和Bang-Bang控制相结合的控制系统,提高了模糊控制系统的精度,最后通过仿真将模糊型船舶自动驾驶仪与基于模糊神经网络船舶自动驾驶仪的性能作了比较,结果表明后者的方法控制性能良好.     

基于固定时间扩张状态观测器的底栖式AUV点镇定控制

[目的]针对受未知干扰和不确定性因素影响的底栖式自主水下航行器（AUV）点镇定控制问题,设计一种基于固定时间扩张状态观测器（FTESO）的固定时间反步控制器。[方法]首先,根据AUV点镇定跟踪误差模型提出一种固定时间扩张状态观测器,用于估计未知的集中扰动以及不可测量的速度,并使观测误差在固定时间内收敛至0;然后,在上述观测器的基础上使用反步法设计一种固定时间点镇定控制器;最后,通过加入一阶滤波器,解决反步控制器固有的“复杂性爆炸”问题,并通过李雅普诺夫稳定性分析证明闭环控制系统的半全局固定时间一致最终有界性。[结果]经仿真分析,验证了所提方案的可行性和优越性。[结论]研究表明所提方案可以解决受未知干扰与不确定性因素影响下的底栖式AUV的点镇定控制问题,并能提高控制系统的收敛时间。     

时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型

现有时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型由于技术的不成熟,存在跟踪效果差的问题。为了解决上述问题,提出时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型研究。以雷达获取的海面图像为前提,采用可变部件模型检测舰船多目标,利用光流法生成舰船多目标轨迹片段,将得到的舰船多目标轨迹片段映射到成本流量网络中,形成网络流图,得到最小网络流的舰船多目标方程,通过最短路径算法求解最小网络流网络,实现了时变海面舰船多目标的优化跟踪。通过仿真对比实验结果表明,与现有的时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型相比较,构建的时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型极大的提升了跟踪效果,充分说明构建的时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型具备更好的性能。     

基于解析模型预测控制的欠驱动船舶路径跟踪控制器设计

针对欠驱动船舶路径跟踪控制系统中存在风、浪、流等外界干扰的影响,将船舶运动模型转化到Serret-Frenet标架下进行研究,通过引入重定义输出将原单输入多输出控制系统转化为单输入单输出控制系统,并将解析模型预测控制与非线性观测器相结合,提出一种鲁棒路径跟踪控制算法。该算法能够使欠驱动船舶跟踪并镇定于给定的参考路径。计算机仿真结果表明,所提出的控制器具有良好的控制性能以及鲁棒性能。     

基于跃变电流控制微网蓄电池出力的设计

本文提出了一种新型的控制微电网蓄电池出力的技术方案。该方案的原理是利用跃变电流值估计微电网中有功缺额,将所得到的有功缺额作为储能的PQ控制参考量,实时调整储能输出,保证微电网供需平衡。根据理论分析设计了一条功率估计的技术路线,重点阐述了相电流的采样周期设置问题,最后设计了控制系统的电气检测原理图。