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无线网络化控制系统:简要介绍及最新进展
1
作者 刘晚春 李永会 《工矿自动化》 北大核心 2025年第1期1-10,共10页
无线网络化控制系统(WNCS)将无线通信技术与控制系统深度融合,成为物联网(IoT)、工业物联网(IIoT)及触觉互联网(TI)的重要组成部分。系统性地讨论了WNCS的基本架构、关键组成和主要性能指标,并深入分析了应对延迟、数据包丢失和能耗等... 无线网络化控制系统(WNCS)将无线通信技术与控制系统深度融合,成为物联网(IoT)、工业物联网(IIoT)及触觉互联网(TI)的重要组成部分。系统性地讨论了WNCS的基本架构、关键组成和主要性能指标,并深入分析了应对延迟、数据包丢失和能耗等挑战的先进控制算法,包括模型预测控制(MPC)、鲁棒控制、自适应控制及基于事件触发的控制(ETC)。总结了WNCS最新研究进展,如延迟、数据速率和可靠性之间的权衡,带有可变数据包长度的无线反馈控制,无编码数据传输,最优下行-上行调度,实时远程估计与混合自动重传请求(HARQ),空中计算与优化,远程状态估计的稳定性条件,深度学习联合估计-控制-调度。展望了WNCS未来发展方向,如5G、边缘计算和人工智能(AI)技术在WNCS中的应用,包括跨层设计、资源优化和安全性增强。研究旨在提供系统全面的技术指导和设计理念,以推动WNCS在工业自动化、智能基础设施等领域的广泛应用。 展开更多
关键词 无线网络化控制系统 模型预测控制 网络物理系统 工业物联网 无线通信 控制系统
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事件触发机制下的网络化系统非脆弱控制
2
作者 王岩 赵志伟 葛超 《计算机应用与软件》 北大核心 2025年第3期41-47,共7页
针对网络化控制系统存在带宽约束、网络诱导时延、外部干扰和控制器参数摄动等问题,提出一种基于事件触发机制的非脆弱输出反馈控制策略。为降低带宽约束,引入事件触发机制。考虑时延和干扰,建立综合性的网络化系统时滞模型。设计非脆... 针对网络化控制系统存在带宽约束、网络诱导时延、外部干扰和控制器参数摄动等问题,提出一种基于事件触发机制的非脆弱输出反馈控制策略。为降低带宽约束,引入事件触发机制。考虑时延和干扰,建立综合性的网络化系统时滞模型。设计非脆弱控制器消除控制器参数摄动对被控系统的影响。引入一种改进的双边Lyapunov-Krasovskii泛函,推导保证闭环系统H_(∞)稳定性的保守性较低的条件,并求出非脆弱控制器增益。仿真结果表明,提出的控制策略能够有效控制系统性能,并可以节约网络资源。 展开更多
关键词 网络化控制系统 事件触发机制 输出反馈 非脆弱控制
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基于固定时间观测器的网络化控制系统事件触发控制
3
作者 么新鹏 栗剑 +3 位作者 孟祥龙 解冬东 阚欣 孟强 《上海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期746-756,共11页
针对带有不确定性的严格反馈的网络化控制系统,提出一种基于固定时间扰动观测器的动态事件触发通信固定时间反步控制方法.首先,提出一种固定时间稳定的扰动观测器以估计系统中的不确定性;然后,设计一种动态事件触发机制来减少系统的通... 针对带有不确定性的严格反馈的网络化控制系统,提出一种基于固定时间扰动观测器的动态事件触发通信固定时间反步控制方法.首先,提出一种固定时间稳定的扰动观测器以估计系统中的不确定性;然后,设计一种动态事件触发机制来减少系统的通信资源浪费,进而通过补偿不确定性的影响,并考虑事件触发机制对系统的影响,在反步控制框架下设计一种无奇点问题的实际固定时间稳定的控制器;最后,通过数值仿真验证所提出控制方法的有效性. 展开更多
关键词 事件触发通信 网络化控制系统 固定时间稳定性 扰动观测器 反步法
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基于NCS4000网络化平台的水箱液位模糊PID控制系统研究与设计 被引量:2
4
作者 周悦 杨旭 +1 位作者 于广平 毛永明 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2012年第6期1136-1142,共7页
目的为了便于对过程控制及液位控制的研究,同时为了工程技术人员在系统开发和验证复杂的控制策略奠定良好基础,笔者利用NCS4000网络化控制平台设计并实现了多容水箱液位控制实验系统,也为高校师生提供了一个良好的教学与研发平台.方法... 目的为了便于对过程控制及液位控制的研究,同时为了工程技术人员在系统开发和验证复杂的控制策略奠定良好基础,笔者利用NCS4000网络化控制平台设计并实现了多容水箱液位控制实验系统,也为高校师生提供了一个良好的教学与研发平台.方法研究和设计一种集液位、流量、温度等多参数控制为一体的多容水箱实验测试平台,通过实验与系统辨识相结合的方法建立控制系统的数学模型,进而设计参数自整定模糊PID控制器,实现复杂系统的优化控制.结果通过系统实验测试发现采用模糊PID控制器的控制系统的上升时间为tr=125 s、超调量为σ%=3.5%;增量式PID控制器的控制系统的上升时间为tr=420 s、超调量为σ%=3.7%.结论参数自整定模糊PID控制器能够使控制对象快速稳定地达到控制指标,提高了系统的稳定性与快速性. 展开更多
关键词 液位控制 网络化控制系统 增量式PID 模糊PID
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具有介质访问约束的网络化控制系统H∞状态估计
5
作者 祝超群 张磐 王志文 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第2期212-221,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 网络化控制系统 介质访问约束 信号量化 H∞状态估计
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具有访问约束和数据丢包的网络化系统H_(∞)鲁棒控制
6
作者 祝超群 姚兴启 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第5期86-93,共8页
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Lyapuno... 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. 展开更多
关键词 网络化控制系统 介质访问约束 数据丢包 H_∞鲁棒控制
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基于事件触发的网络化系统输出反馈耗散控制 被引量:1
7
作者 王岩 葛超 +1 位作者 赵志伟 华长春 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期400-405,415,共7页
针对事件触发机制下网络化系统的输出反馈耗散控制问题进行研究。首先,引入事件触发机制来减少有限带宽的影响,节约系统资源;其次,考虑网络化系统中存在的外部干扰,利用输入时滞法建立了基于事件触发机制的时滞系统模型;然后,构造一种... 针对事件触发机制下网络化系统的输出反馈耗散控制问题进行研究。首先,引入事件触发机制来减少有限带宽的影响,节约系统资源;其次,考虑网络化系统中存在的外部干扰,利用输入时滞法建立了基于事件触发机制的时滞系统模型;然后,构造一种时滞相关的Lyapunov-Krasovskii泛函,利用改进的积分处理方法推导出了保证闭环系统严格耗散性能的充分条件,并采用锥补线性化算法求出输出反馈控制器增益和事件触发参数矩阵;最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性与优越性。 展开更多
关键词 网络化控制系统 事件触发机制 输出反馈 耗散控制
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点对点和集总帧通信下网络化CNC系统的位置同步控制
8
作者 黄威然 楼佩煌 +1 位作者 罗福源 钱晓明 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期383-390,共8页
为了提高网络化数控系统协同运动的同步控制性能,提出了一种将点对点通信模式和集总帧通信模式结合应用在环形网络的周期通信规划,以使主节点能及时获取所有轴的反馈信息。提出了相应的位置同步算法和运动消息预估算法,并对根据算法设... 为了提高网络化数控系统协同运动的同步控制性能,提出了一种将点对点通信模式和集总帧通信模式结合应用在环形网络的周期通信规划,以使主节点能及时获取所有轴的反馈信息。提出了相应的位置同步算法和运动消息预估算法,并对根据算法设计的位置同步控制器进行了稳定性证明。实验表明,该通信规划相应的位置同步控制器具有良好的同步性能。 展开更多
关键词 网络化数控系统 同步控制性能 点对点周期通信 集总帧通信 周期通信规划 位置同步控制
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共享随机丢包信道下多输入系统均方可镇定–调度与控制协同设计
9
作者 邬依林 沈志萍 +2 位作者 赵倩 张谦 张菲菲 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第5期989-998,共10页
借助有限容量信道进行设备间信息交互的网络化系统,其整体性能依赖于控制策略和通信机制.本文基于调度与控制协同设计思想,解决多个输入在共享数量有限的通信信道场景下,所面临的网络化系统反馈控制镇定问题.其中,每个通信信道建模为随... 借助有限容量信道进行设备间信息交互的网络化系统,其整体性能依赖于控制策略和通信机制.本文基于调度与控制协同设计思想,解决多个输入在共享数量有限的通信信道场景下,所面临的网络化系统反馈控制镇定问题.其中,每个通信信道建模为随机丢包模型.首先,根据多控制器系统性质,将多输入系统通过共享信道状态反馈可镇定问题,转化为切换线性系统在一个调度周期内可镇定问题.其次,针对多个输入共享单个随机丢包信道的情况,采用等价转变思想,将闭环系统的稳定性问题转化为易于求解的线性算子的稳定性问题.进一步,根据系统旺纳姆分解技术和系统最优补灵敏度,构造出适当的调度策略和控制器,从而推导出网络化系统可镇定的充分条件,该条件用丢包率与系统不稳定度关系来表示.然后,将上述结论推广到多个输入共享多个随机丢包信道情况.接下来,根据控制不等式理论、线性编码和解码技术,给出均匀调度策略下网络化系统可镇定时丢包率需要满足的条件.最后,通过数值算例和仿真结果,验证了所得结论的合理性. 展开更多
关键词 网络化控制系统 随机丢包 均方可镇定 协同设计 调度
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具有α-稳定的网络化控制系统容错设计 被引量:5
10
作者 李炜 申富媛 曹慧超 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2011年第2期73-79,共7页
针对具有时变时延和丢包的网络化控制系统,研究了系统在闭环极点具有α-稳定条件约束下,执行器或传感器发生失效故障时的容错设计问题.文中将丢包当作一种特殊时延,综合考虑时延上、下界及时延变化率,通过构造适当的时滞依赖Lyapunov-Kr... 针对具有时变时延和丢包的网络化控制系统,研究了系统在闭环极点具有α-稳定条件约束下,执行器或传感器发生失效故障时的容错设计问题.文中将丢包当作一种特殊时延,综合考虑时延上、下界及时延变化率,通过构造适当的时滞依赖Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出网络化控制系统具有α-稳定容错能力的判别准则,并以求解LMIs的方式给出α-镇定容错控制器的设计方法.最后以仿真算例验证该方法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 网络化控制系统(ncs) 时变时延 容错控制 α-稳定性
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基于时延准T-S模型的网络化控制系统鲁棒容错控制 被引量:3
11
作者 李炜 蒋栋年 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2009年第3期75-79,共5页
针对具有马尔可夫特性时延的网络化控制系统,基于时延准T-S模型,考虑系统参数不确定性的影响,采用状态反馈控制律,通过构造离散Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出确保网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒完整性的充分条... 针对具有马尔可夫特性时延的网络化控制系统,基于时延准T-S模型,考虑系统参数不确定性的影响,采用状态反馈控制律,通过构造离散Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出确保网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒完整性的充分条件,通过求解LMIs给出容错控制器的设计方法.通过仿真实例得到,网络化控制系统在发生执行器失效故障时仍是渐近稳定的,说明该方法对于具有马尔可夫特性时延的影响,不确定网络控制系统在执行器失效故障时具有鲁棒完整性. 展开更多
关键词 网络化控制系统(ncs) T-S模糊模型 鲁棒容错控制
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含大时滞和噪声的网络化控制系统的最优故障诊断 被引量:14
12
作者 李娟 赵友刚 +2 位作者 于洋 张鹏 高洪伟 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期858-864,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 故障诊断 网络化控制系统 时滞系统 最优控制 无时滞转换
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具有快变时延的网络化控制系统完整性设计 被引量:1
13
作者 李炜 曹慧超 陈旭辉 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2010年第3期91-96,共6页
针对一类具有时变时延和丢包的网络化控制系统,研究执行器或传感器失效时系统的完整性设计问题.将丢包当作一种特殊时延,考虑综合时延的快变性,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出使闭环系统对执行器或传感器失效故障具有完整... 针对一类具有时变时延和丢包的网络化控制系统,研究执行器或传感器失效时系统的完整性设计问题.将丢包当作一种特殊时延,考虑综合时延的快变性,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,给出使闭环系统对执行器或传感器失效故障具有完整性的时滞依赖充分条件,并以求解LMIs的方式给出控制器的设计方法.以一个仿真算例验证了该方法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 网络化控制系统(ncs) 时变时延 容错控制
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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) 被引量:24
14
作者 郑英 方华京 +1 位作者 王华 谢林柏 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期559-566,共8页
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... 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 . 展开更多
关键词 故障检测 网络化控制系统 网络时延 降阶观测器 采样控制系统
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基于网络化控制系统的硬件实验平台构建 被引量:2
15
作者 章红 方华京 《控制工程》 CSCD 2005年第S1期114-115,共2页
构建了基于网络化控制系统的硬件实验平台,使网络化控制系统的研究成果能尽快地得以推广应用。介绍了该硬件实验平台组成结构,它由主控模块、远程数据采集和通信模块、被控对象等3大部分构成。在介绍了各模块的主要功能基础上,阐述了利... 构建了基于网络化控制系统的硬件实验平台,使网络化控制系统的研究成果能尽快地得以推广应用。介绍了该硬件实验平台组成结构,它由主控模块、远程数据采集和通信模块、被控对象等3大部分构成。在介绍了各模块的主要功能基础上,阐述了利用Visual C++完成主控模块需要解决的关键问题和初步设计方案,并给出了利用ADCU842和CS8900 实现数据采集和远程通信的硬件结构框图和初步设计方案,基本完成了对硬件实验平台的构建工作。该实验平台提供了硬件实验环境,研究者可以轻松地编写相应算法程序。 展开更多
关键词 网络化控制系统(ncs) 硬件实验平台 网络通信
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网络化控制系统故障检测技术的最新进展 被引量:23
16
作者 王永强 叶昊 王桂增 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期400-409,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 故障检测 网络化控制系统 时延 丢包 传输受限
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网络化的控制系统 被引量:24
17
作者 白涛 吴智铭 杨根科 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期584-590,共7页
通过比较的方式研究了网络化控制系统的特点、网络因素与控制系统性能间的关系,分类介绍了当前网络化控制系统的研究方法、分析角度及策略,最后在评述当前研究现状的基础上,提出了以兼顾控制性能质量(QoP)和网络服务质量(QoS)为目标的... 通过比较的方式研究了网络化控制系统的特点、网络因素与控制系统性能间的关系,分类介绍了当前网络化控制系统的研究方法、分析角度及策略,最后在评述当前研究现状的基础上,提出了以兼顾控制性能质量(QoP)和网络服务质量(QoS)为目标的网络化控制系统综合性能优化的新的研究观点. 展开更多
关键词 网络化控制系统 性能优化 时延 控制性能质量(QoP) 服务质量(QoS)
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网络化控制系统带宽配置的一种新策略 被引量:14
18
作者 白涛 吴智铭 杨根科 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第6期961-967,共7页
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... 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. 展开更多
关键词 网络化控制系统(ncss) 网络时延 带宽 死限
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不确定网络化控制系统的鲁棒容错控制 被引量:25
19
作者 郑英 方华京 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第8期804-807,共4页
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... 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. 展开更多
关键词 网络化控制系统 鲁棒容错控制 时延 状态反馈
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基于观测器的网络化控制系统故障诊断方法 被引量:13
20
作者 郑英 胡修林 +1 位作者 方华京 王辉 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期1069-1072,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 故障诊断 网络化控制系统 网络延时 观测器
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