时延网络控制系统的保性能控制研究

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时延网络系统强时延依赖预测控制器的设计

3文章编号：1007-757X(2011)01-0031-03时延网络系统强时延依赖预测控制器的设计宁尚鹏摘要：事件驱动模型是对时延值小于一个采样周期的网络系统的主要描述方式，针对事件驱动模型描述的网络系统，研究其控制策略以改善其控制性能。

首先将原有的事件驱动模型通过增广转化为标准离散模型，并将其系统矩阵中包含的由网络随机时延造成的不确定性描述成为多凸多面体模型。

针对模型的特点设计了具有强时延依赖控制增益集合，并给出根据时延值实时信息从集合中在线加权组合得到最终控制增益的方法。

通过增强控制器和时延值的依赖性，增加控制器设计的自由度，提高了系统的控制性能。

关键词：网络时延；事件触发；强时延依赖；多凸多面体蕴含；预测控制中图分类号：TP316文献标志码：A0引言网络控制系统(NCS)以网络作为被控对象和控制器之间信号传输媒介闭合形成的控制系统，可以降低安装设备、维护系统的时间和成本，方便系统扩展，提高综合应用的效率。

但是由于网络的引入，由信息传输过程的时延在不同程度上降低系统的控制性能。

控制系统分析与设计就必须考虑时延的影响[3]。

对于网络时延τ小于采样周期的情况，文献[1]提出的事件驱动模型，解决了传统时间驱动模型无法及时处理系统反馈信息的问题。

大量文献利用事件驱动模型做了相关研究。

文献[2]利用连续事件驱动模型，在网络存在时延的情况下，设计了无记忆反馈控制器。

文献[3][4]利用离散事件驱动模型，分别给出了均方指数稳定和渐进稳定判据。

文献[6]将离散模型转化为采用凸多面体描述的不确定系统，并给出了相应的稳定性判据。

文献[7]进一步将不确定性表述为指数不确定性(exponential uncertainty)和范数有界不确定组合的形式，给出了由连续系统获得不确定参数的方法和相关控制算法。

文献[12]利用切换系统解决了事件驱动模型中丢包和多周期时延问题。

对于事件驱动模型中由随机时延产生的模型不确定性，如果采用鲁棒综合的办法，则需设计固定的控制器，处理时延值满足其界定的集合内的所有情况。

一类不确定网络控制系统的有界输入保性能控制

中图分类号：Ｔ１Ｐ３
状态反馈控制；ＭＬＩ
文章编号：１０ — ８Ｘ２１）２ｏ１－５０７９４（０００一ｏ００
文献标识码：Ａ
网络控制系统是通过计算机网络形成的实时闭环反馈系统，具有可实现资源共享，远程操作与控制，较高的诊断能力，安装与维护方便，能有效地减少系统的质量和体积，增加系统的柔韧性和可靠性等优点，尽管有这些优点，网络控制系统也存在着一系列问题，包括：网络诱导时延、数据包丢失、数据包乱序、单包传输或者多包传输、网络调度以及网络节点的驱动方式等，这些不确定因素影响到控制系统的建模、分析和设计，更有甚者使系统性能下降或失稳。
刘建刚
（福建工程学院数理系，福州３００５１８）
摘要：针对一类不确定的网络控制系统，在满足系统一定性能指标的基础上考虑系统中存在的问题及影响系统稳
定的各种不确定因素，应用李亚普诺夫稳定性理论，借助线性矩阵不等式，推导出了闭环系统渐近稳定充分条件，提出了针对性的控制策略，并给出了有界输入保性能反馈控制率，优化了系统的性能。关键词：网络控制系统；保性能控制；
（）ｘＩ七＝ｃ（）ｃ
（２）
系统的性能指标
∞ 一一
Ｊ＝∑【ｋＱ（）．（）ｕｋ】Ｘ（）ｘｋ＋１ｋＲ（）４
ｋＯ＝
宰木枣木木枣木
（）３
定理１对于系统式（）２和相应的性能指标（）３，如果存在一个标量占，矩阵Ｗ ∈ ，对称正定矩Ｒ阵 ∈ 和Ｎ∈ 使得Ｌ不等式（）ＲＲＭＩ４成立，若式（）４有一个可行解，，则ｕｋ＝Ｗ，Ｎ，（）ｘｋ（）

网络控制系统的输出反馈保性能控制

网络控制系统的输出反馈保性能控制谢成祥;陈建平;胡维礼【摘要】研究了一类具有不确定时延的网络控制系统输出反馈保性能控制问题.将时延的不确定性建模为系统状态方程系数矩阵的不确定性,在输出反馈条件下,用状态观测器重构系统状态,将保性能控制问题转化为不确定离散系统的输出反馈鲁棒保性能控制问题.利用Lyapunov理论和矩阵不等式方法,得出了输出反馈保性能控制律的设计方法.仿真算例说明了设计方法的有效性.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(022)005【总页数】6页(P53-58)【关键词】网络控制系统;保性能控制;矩阵不等式;状态观测器;不确定时延【作者】谢成祥;陈建平;胡维礼【作者单位】南京理工大学,自动化学院,江苏,南京,210094;江苏科技大学,电子信息学院,江苏,镇江,212003;华中光电技术研究所,湖北,武汉,430074;南京理工大学,自动化学院,江苏,南京,210094【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言网络控制系统NCSs(Networked Control Systems)是涉及通信技术、计算机技术和控制技术的复杂系统,其分析和实现受到网络环境等因素的制约.网络诱导时延是NCS区别于传统控制系统的主要特征之一,不同的控制网络有不同的时延特性,可以是定常的、随机的、不确定的.时延的存在会使系统的性能下降,甚至使系统不稳定,因此是NCS研究中首先要考虑的核心问题.针对NCS中普遍存在的网络诱导时延,文献[1]采用互联网络拓朴结构的描述语言TOD(Topology Description),给出了保持系统稳定的时延范围,但保守性较大;文献[2]采用随机控制方法来设计控制器;考虑扰动的影响,文献[3]基于离散切换系统方法,对系统进行了稳定性分析和扰动衰减分析,这些方法都要求能够检测系统的全部状态.有些情况下,往往只能检测到被控对象的部分信息,难以实现全状态反馈,此时,可采用动态输出反馈控制器或状态观测器来解决这一问题.如文献[4]采用随机控制理论设计了NCS的随机输出反馈控制器,但要求事先知道网络诱导时延的分布规律. 在进行控制系统设计时,不仅要保证系统稳定,而且希望系统能够满足一定的性能指标要求,因此系统的保性能控制研究具有重要的意义.网络控制系统的保性能控制近年来已有研究.文献[5]在文献[6]数学模型的基础上,基于线性矩阵不等式LMIs(Linear Matrix Inequalities)的可行解给出了状态反馈网络控制系统的保性能控制律的设计方法;文献[7]基于动态输出反馈控制,设计了不确定时延网络控制系统的输出反馈保性能控制器.但文献[6]中给出的不确定时延网络控制系统的数学模型,其标称形式是不可控的,因而文献[5,7]中围绕该标称模型所得出的LMI将没有可行解,给控制器的设计带来了困难;文献[8]针对文献[6]中数学模型的不足提出了改进方案,并给出了状态反馈情况下的保性能控制存在的条件和保性能控制律的设计方法,但没有研究输出反馈情况下的保性能控制问题.本文针对一类不确定时延网络控制系统,通过选择合适的标称模型,将时延的不确定建模为范数有界的系统矩阵的不确定性,然后,在不能检测系统全部状态的情况下,构造状态观测器重构系统状态,基于Lyapunov理论和矩阵不等式方法研究了输出反馈网络控制系统的保性能控制问题,给出了保性能控制律存在的条件和保性能控制律的设计方法.1 网络控制系统的数学模型图1 网络控制系统结构Fig.1 Structure of networked control system图2 网络控制系统的信号时序Fig.2 Signal timing of NCS典型的网络控制系统结构如图1所示.图中分别表示被控对象的状态及其在控制器接收端的镜像；分别表示控制量及其在执行器接收端的镜像.由于网络的引入,信号的传输存在时延,用分别表示传感器到控制器和控制器到执行器的网络诱导时延. 对于图1 所示的网络控制系统作如下假设:1) 传感器节点由时间驱动,以固定的周期T(T> 0) 对被控对象采样, 并将数据(被控对象的状态量) 存放在单个数据包中发送到网络;2) 控制器节点为事件驱动, 采样数据到达时刻,计算控制量并输出;3) 执行器节点也为事件驱动,控制量到达时刻,执行相应的动作;4) 网络传输存在不确定时延,不考虑数据包丢失,控制回路总的时延且0≤τk≤T.大多数专门为控制设计的网络如CAN,满足以上假设.在上述假设下,控制系统中各信号的时序如图2所示,图中tk表示第k个采样时刻.考虑线性定常被控对象由以下状态方程描述y(t)=Cx(t)( 1 )其中x(t)∈Rn为对象状态,(t)∈Rm为对象输入,y(t)∈Rp为对象输出,A,B,C为适维矩阵.考虑网络诱导时延的影响,对应于图2中的信号时序,有所以包含网络的广义对象的离散数学模型可表示为xk+1=Gxk+Γ0(k)u(k)+Γ1(k)u(k-1), yk=Cxk( 2 )式中G=eAT,Γ0(k)=eAtBdt,Γ1(k)=eAtBdt.显然,Γ0(k)、Γ1(k)是时变的并且有Γ0(k)+Γ1(k)=H=eAtBdt因此式(2)可化为xk+1=Gxk+(H-Γ1(k))uk+Γ1(k)uk-1,yk=Cxk( 3 )不失一般性,假设矩阵A有一个为0的特征值，一个r重特征值,其余为互异特征值,即A=Λdiag(0,J1,J2)Λ-1式中J1是由非0互异特征值λ2,…,λn-r组成的对角块,J2是由r重特征值λ*对应的约当块,Λ为矩阵A的特征向量组成的矩阵. 这样,Γ1(k)可以表示为令D=Λdiag(α1,α2,…,αn),其中αn-r+1=…=αn=α*E=Λ-1B式中α1,…,αn-r,α*的选择使得FT(τk)F(τk)≤I成立.于是Γ1(k)=DF(τk)E( 4 )式中D,E均为定常矩阵.为方便起见,以下将F(τk)简记为F.NCS的对象离散模型可以转化为具有时滞的不确定性线性离散对象模型(式(3)).从式(3)可以发现,标称模型即为网络诱导时延为0时的离散模型,因此,只要[A,B]可控且采样周期合适,就能保证系统的可控性.针对NCS线性对象离散对象模型,设计输出反馈控制器,使网络闭环系统对于一定范围内的不确定传输时延鲁棒稳定,并使所选取的性能函数均小于某一上界,即把NCS的保性能控制问题转化为研究时滞的不确定离散系统的鲁棒保性能控制问题.2 NCS的输出反馈保性能控制若系统(3)的状态不能全部检测,可取系统基于状态观测器的输出进行反馈,此时,可以构造状态观测器来重构系统的状态,并利用观测器的状态来构成状态反馈.此时,控制器方程为( 5 )式中L∈Rn为待定的输出反馈增益向量.将式(3)和式(5)联立,可得输出反馈网络控制系统的闭环增广状态方程为zk+1=Mzk( 6 )式中定义1 取性能指标( 7 )对于所有满足式(4)的不确定性,如果输出反馈网络控制系统(式(6))渐近稳定,且系统的性能指标值不超过某个确定常数J*,则称相应的输出反馈控制器(式(5))是该系统的输出反馈保性能控制律,且J*为性能指标的上界.引理1 (Schur补)给定常数矩阵A,P=PT>0和Q=QT,则ATPA+Q<0成立,当且仅当或引理2[9] 设M,N,F为具有适当维数的实矩阵,其中F满足FTF≤I,那么存在常数ε>0,使得NTFTM+MFN≤ε-1NTN+εMMT定理1 对于系统(式(3))和性能指标(式(7)),若存在对称正定矩阵X∈Rn×n,矩阵K∈Rm×n,以及正常数ε,使得对于所有非零的xk和所有允许的不确定性(式(4)),矩阵不等式(式(8))成立,则控制律式(5)是系统(式(3))的一个保性能控制律,且性能指标的上界为( 8 )式中证明:取Lyapunov函数为其中P为对称正定矩阵.令V0为性能指标的上界,为保证上界存在,必须满足( 9 )将不等式(9)从k=0到k=∞叠加,考虑到系统渐近稳定时,V∞=0,可得(10)将式 (6)代入到式(9),可得(11)式中式(11)等效于MTPM-P+Π<0(12)由引理1,式(12)等效于(13)矩阵M中含有不确定项,考虑到式(4),有(14)于是,式(13)可以写成(15)由引理2,要使式(15)成立,只要存在正数ε,使得不等式(16)成立.再由引理1,式(16)等效于(17)又因为Π=ΘTΘ,所以,再次使用引理1,式(17)等效于(18)式(18)左乘、右乘diag(I,P-1,I,I)，并令X=P-1,即可得到式(8).证毕.式(8)是关于矩阵X,K和标量ε的双线性矩阵不等式,L可以根据极点配置方法事先确定.不等式(8)可在MATLAB环境下借助于PENBMI软件包求解[10].这种方法不仅给出了一个保性能控制律, 而且给出了保性能控制律的参数化设计方法.如果矩阵P选择为块对角矩阵的形式,仿照文献[7]中的证明方法,可以得到一个线性矩阵不等式,但该线性矩阵不等式只在被控对象开环稳定(即G的全部特征值都在单位圆内)时才可能有可行解,因此不具有一般性.3 仿真算例考虑如下的不稳定被控对象对象和观测器的初始状态均为取采样周期为Ts=0.5 s,网络诱导时延τk≤0.5 s且是随机不确定的,因A的特征值是0.1,-0.95,为保证取α1=0.512 7,α2=0.398 0,则可以计算出使用定理1,取L=[0.173 2 0.340 2],使得G-LC的极点为0.7,0.8.利用PENBMI求解矩阵不等式(7),得到K=[-1.903 9 -2.200 7],ε=0.006 5,图3 系统状态响应曲线Fig.3 System state response curve系统状态响应曲线如图3所示.4 结论本文首先改进了网络控制系统建模时网络诱导时延的处理方法,在网络诱导时延小于采样周期的条件下得到了网络控制系统的具有不确定性的离散化模型,其标称模型是可控的.在输出反馈的条件下,通过观测器重构系统状态,根据Lyapunov定理,使用矩阵不等式方法设计控制器,得到了网络控制系统的输出保性能控制律的设计方法.仿真算例表明了本文方法的有效性.参考文献(References)[1] Walsh G C,Ye H.Stability of networked control systems[J].IEEE Control Systems Magazine,2001,21(1):57-65.[2] Nilsson J Bernhardsson,Wittenmark B.Stochastic analysis and control of real-time systems with random time delays[J].Automatica,1998,34(1):57-64.[3] Lin H,Zhai G,Antsaklis P.Robust stability and disturbance attenuation analysis of a class of networked control systems[C]∥The 42nd IEEEConference on Decision and Control,2003:1182-1187.[4] 朱其新, 胡寿松. 网络控制系统的随机输出反馈控制[J]. 应用科学学报, 2004, 22(1): 71-75.Zhu Qixin, Hu Shousong. Stochastic output feedback control for networked control systems[J].Journal of Applied Science,2004, 22(1):71-75.(in Chinese)[5] 崔桂梅,穆志纯, 李晓理, 等. 网络控制系统保性能控制[J]. 北京科技大学学报,2006,28(6):595-599.Cui Guimei, Mu Zhichun, Li Xiaoli, et al. Guaranteed cost control for networked control systems[J].Journal of Beijing University of Science and Technology,2006, 28(6):595-599. (in Chinese)[6] 樊卫华, 蔡骅, 陈庆伟, 等. 时延网络控制系统的稳定性[J]. 控制理论与应用,2004,21(6):880-884.Fan Weihua, Cai Hua, Chen Qingwei, et al. Stability of networked control systems with time-delay[J].Control Theory and Application,2004, 21(6):880-884.(in Chinese)[7] 邱占芝,张庆灵,刘明. 不确定时延输出反馈网络化控制保性能控制[J]. 控制理论与应用,2007,24(2):274-278.Qiu Zhanzhi, Zhang Qingling, Liu Ming. Guaranteed performance control for output feedback networked control systems with uncertain time-delay[J].Control Theory and Application,2007, 24(2):274-278.(in Chinese) [8] 王罗莎,谢成祥. 时延网络控制系统的保行能控制研究[J].江苏科技大学学报,2007,21(6A):58-62.Wang Luosha, Xie Chengxiang. Research on guaranteed cost control oftime-delay networked control systems[J].Journal of Jiangsu University of Science and Technology,2007, 21(6A):58-62.(in Chinese)[9] 俞立. 鲁棒控制-线性矩阵不等式处理方法[M]. 北京:清华大学出版社,2002.[10] Henrion D, Lofberg J,Kocvara M, et al. Solving polynomial static output feedback problems with PENBMI[C]∥Proceedings of 44th IEEE Conference on CDC-ECC′05, 2005:7581-7586.。

关于NCS 的研究论文

存档编号华北水利水电大学North ChinaUniversity of Water Resources and Electric Power 课程设计题目网络控制系统（NCS）调研报告学院专业姓名学号指导教师完成时间目录1 引言 (4)2 概述 (4)3 网络控制系统中的基本问题 (6)3.1 时延 (6)3.2 丢包 (7)3.3 时序错乱 (7)3.4 单包传输和多包传输 (7)4 网络控制系统的研究现状 (8)4.1 面向控制理论的NCSs研究 (8)4.1.1 被动分析方法 (8)4.1.2 主动设计方法 (9)4.2 面向调度协议的研究 (10)4.3 兼顾控制和网络的NCSs综合研究 (11)4.4 NCSs的应用 (11)5 结论(Conclusions) (12)6 参考文献 (13)摘要随着网络技术的快速发展，特别是智能手机的普及，使得网络已经逐渐深入到大众的生活与工作中，并且导致新技术的不断产生。

网络控制系统（Networked Control Systems,简记为NCSs）应运而生。

本文主要从网络控制系统的概念、基本问题、研究现状和应用等方面来综述这一系统。

1 引言(Introduction)计算机技术和通信技术的飞速发展, 使网络应用在全球范围内日益普及, 并渗透到社会生活的各个领域. 在控制领域, 网络已逐渐进入人们的视野, 并引领控制系统的结构发生着变化. 通过公用或专用的通信网络来代替传统控制系统中的点对点结构已越来越普遍. 这种通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(networked control systems, 简记为NCSs). 与传统点对点结构的控制系统相比, NCSs具有成本低、功耗小、安装与维护简便、可实现资源共享、能进行远程操作等优点[1∼6]. 若采用无线网络, NCSs还可以实现某些特殊用途的控制系统, 这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的. NCSs的诸多优点使其在远程医疗、智能交通、航空航天、制造过程以及国防等领域得到了日益广泛的应用. 然而, 网络并不是一种可靠的通信介质. 由于网络带宽和服务能力的物理限制, 数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题. 这些问题是恶化系统性能以及导致NCSs不稳定的重要原因, 并且这些问题的存在使传统控制理论很难直接应用于NCSs的分析和设计.为保证NCSs稳定并具有满意的控制性能, 必须深入研究NCSs并发展与其相适应的分析和设计理论. 近年来, NCSs 的研究得到了来自控制领域、信号处理领域、以及通讯领域研究人员的共同关注.2 概述网络控制系统(NetWorked Control System , NCS) , 又称为网络化的控制系统, 是一种全分布、网络化实时反馈控制系统。

【国家自然科学基金】_保性能控制器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
推荐指数 8 4 4 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词推荐指数线性矩阵不等式 13 保性能控制 13 网络控制系统 2 稳定性 2 时滞 2 广义系统 2 h∞控制 2 鲁棒控制 1 鲁棒保性能控制 1 鲁棒h∞控制 1 马尔可夫跳变 1 马尔可夫切换系统 1 非脆弱控制器 1 非脆弱控制 1 非脆弱性 1 非脆弱 1 随机稳定 1 闭环极点约束 1 跟踪保性能控制 1 自动控制技术 1 网络化控制系统 1 组合导航系统 1 线性能矩阵不等式(lmi) 1 空天飞行器 1 状态反馈控制 1 状态反馈 1 模糊时滞系统 1 模糊双曲模型 1 极点配置 1 极点约束 1 时滞随机系统 1 时滞系统 1 时滞相关方法 1 时滞混沌系统 1 时滞依赖 1 时延补偿 1 时变时滞 1 数据包丢失 1 故障诊断 1 控制约束 1 指数稳定性 1 并行分配补偿 1 并行分布补偿 1 对偶原理 1 多目标控制 1 可靠控制 1 变时滞 1 分段模糊lyapunov函数 1 保性能 1 不确定线性系统 1 不确定性奇异系统 1 t-s模糊系统 1

通信网络中的时延分析技术研究

通信网络中的时延分析技术研究在现代社会中，通信网络已经成为了人们生活中的基本设施，每时每刻都在为我们提供着便利。

无论是在拨打电话、浏览网页、交流社交等方面，高质量的通信网络都是必不可少的。

但是，在这些便利背后，还隐藏着一些未被注意的问题，例如通信网络中的时延问题。

因此，对于通信网络中的时延分析技术的研究就显得尤为重要。

一、时延的定义时延，顾名思义是指信息从源头到目的地所需要的时间。

在通信网络中，时延包括了发送时延、传输时延、处理时延和排队时延。

其中，发送时延指的是从源头发送数据到该数据完整地进入传输介质所需要的时间；传输时延指的是数据在传输过程中需要通过物理介质传输时所需要的时间；排队时延指的是数据在到达路由器或交换机时所要等待的时间；处理时延指的是数据到达目标设备后被处理的时间。

通信网络中的误码率、丢包率、带宽等问题都与时延有着密切的关系。

二、时延的影响时延是衡量通信网络性能的一个重要指标，是影响通信网络质量的重要因素。

时延承载了许多信息，包括了用户的语音、视频、网页等，它们对时延都有着不同的要求。

当时延超过了人们能够接受的范围，就会影响用户的体验，例如通话中的延迟、在网页上等待过久等。

因此，时延的减少是通信网络优化中的重要环节。

三、时延分析的方法1. 时延的测量方法：通过对通信网络的测试来测量时延。

目前，常用的方法有：Ping、Traceroute、MTR等。

Ping是一种简单的网络工具，用于测试主机之间的连通性或网络延迟。

Traceroute用于测试到目标主机所经过的路由器。

MTR结合了Ping和Traceroute两种测量方法，可以输出每个路由器的时延、丢包率以及错误信息等。

2. 时延的分析方法：时延的分析主要包括统计分析、仿真分析和试验分析三种方式。

统计分析主要是通过统计不同时间段内网络中的时延情况，以及得出的各项参数来分析网络中的时延变化情况。

仿真分析是通过对网络中的实际环境进行模拟来得到网络中的时延分析结果。

多机协同控制系统的网络延迟优化研究

多机协同控制系统的网络延迟优化研究随着信息技术的快速发展，多机协同控制系统在工业自动化领域中得到了广泛应用。

这种系统将多个控制器连接到一个网络中，实现分布式协同工作，提高系统的性能和可靠性。

然而，网络延迟是多机协同控制系统中一个重要的挑战，会导致控制信号的延迟和不稳定性，从而影响系统的性能。

因此，对网络延迟进行优化研究对于提高多机协同控制系统的性能至关重要。

网络延迟是指从发送数据到接收数据的时间间隔，主要由数据在网络中传输所引起的延时造成。

在多机协同控制系统中，网络延迟会对控制信号的传输造成一定的延迟，导致控制反馈的时效性下降。

这种延迟会导致系统响应变慢，甚至出现不稳定的情况。

因此，如何降低网络延迟是优化多机协同控制系统性能的关键。

为了优化多机协同控制系统的网络延迟，我们可以从以下几个方面进行研究和改进。

首先，优化网络通信协议。

网络通信协议是多机协同控制系统中实现数据传输的重要基础。

合理选择和设计网络通信协议可以减小网络延迟。

一方面，可以采用实时性较好的通信协议，如以太网、CAN总线等，提高数据传输的实时性；另一方面，可以通过改进协议的传输机制和算法，减少数据的传输时间，降低网络延迟。

其次，优化网络拓扑结构。

网络拓扑结构直接影响到数据传输的效率和延迟。

合理选择和布置网络拓扑结构可以减小延迟并提高数据传输的可靠性。

例如，采用星型拓扑结构可以减小数据传输的距离和路径，降低延迟；采用冗余的拓扑结构可以提高数据传输的可靠性，减少数据丢失。

第三，引入时间同步机制。

时间同步是多机协同控制系统中保证数据同步的关键环节。

在网络延迟优化研究中，引入时间同步机制可以保证多个控制器之间的数据按照统一的时间标准进行传输，减少因时间误差造成的延迟。

例如，可以使用网络时间协议（NTP）或者精确的硬件时钟同步方法，确保多个控制器之间的时间同步。

最后，采用预测控制策略。

预测控制策略是一种根据系统当前状态和历史数据预测未来状态的控制方法。

时延双边遥操作机器人系统控制方法

通信带宽限制
通信链路带宽有限，需要设计高效的数据压缩和传输策略。
03
控制方法研究与实现
时延补偿算法
基于预测的时延补偿
通过预测机器人未来的状态，提前发送控制指令，减少时延对操作的影响。
自适应时延补偿
根据网络状况实时调整控制指令的发送频率和参数，以适应不同时延情况。
双边协人在远程医疗、深海探测、太空任务等更多领域的应用可能性。
THANK YOU
未来研究方向与目标
时延优化多机器人协同
智能化升级应用场景拓展
进一步研究如何降低双边遥操作系统中的时延，提高系统的实时性和响应速度。
将所提出控制方法应用于多机器人协同遥操作系统，实现更复杂、高效的任务执行。
引入人工智能和机器学习技术，提升双边遥操作机器人的自主性和智能化水平，降低对人工操作的依赖。
02 03
工作原理
操作者通过主端机器人发出控制指令，指令经通信网络传输至从端机器人，从端机器人根据指令完成相应任务，并将任务执行情况经通信网络反馈至主端机器人和操作者。
时延问题
由于通信网络的传输时延，操作者从从端机器人接收到的反馈信息存在延迟，影响遥操作的控制精度和稳定性。
研究背景与意义
遥操作机器人的应用
创新点与贡献
新型时延估计算法
提出了一种新型的时延估计算法，可实时、准确地估计双边遥操作系统中的时延。
自适应控制策略
设计了一种自适应控制策略，可根据时延估计结果自动调整控制参数，确保系统的稳定性和性能。
多样化实验验证
通过设计多种实验场景和任务，对所提出控制方法进行了全面、深入的验证，展示了其在不同应用场景下的潜力。
02
时延双边遥操作机器人系统基本原理

不确定时延网络控制系统的保性能控制

Байду номын сангаас
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔａｃｔｕａｌＮｅｔｗｏｒｋｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓ（ＮＣＳ），ｉｔｎｏｔｏｎｌｙｒｅｑｕｉｒｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｒｅｍａｉｎｓｔａｂｌｅ，ｂｕｔａｌｓｏ
ｈａｓｃｅｒｔａｉｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅ￣ｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｖｅｒｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｎｇｕａｒａｎｔｅｅｄｃｏｓｔｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｍｅｍｏｒｉｚｅｄｓｔａｔｅ￣ｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｒｆａｋｉｎｄｏｆＮＣＳｗｉｔｈｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｍｅ — ｄｅｌａｙｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．ＴｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｔｈｅＮＣＳｇｕａｒａｎｔｅｅｄｃｏｓｔｃｏｎｔｒｏｌｌａｗａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔａｔｅｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅｇｉｖｅｎｂｙｕｓｉｎｇＬｙａｐｕｎｏｖ－Ｋｒａｓｏｖｓｋｉｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｌｉｎｅａｒｍａｔｒｉｘｉｎｅｑｕａｌｉｔｉｅｓ．Ａｔｌａｓｔ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｎｅｘａｍｐｌｅｗｉｔｈＭＡＴＬＡＢｓｈｏｗｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ；ｍｅｍｏｒｉｚｅｄｓｔａｔｅｆｅｅｄｂａｃｋ；ｇｕａｒａｎｔｅｅｄｃｏｓｔｃｏｎｔｒｏｌ；ｌｉｎｅａｒｍａｔｒｉｘｉｎｅｑｕａｌｉｔｉｅｓ

网络控制系统的输出反馈保性能控制

ｔｎｌｔｄｔｏｕｔｇａａｔｅｏｔｃｎｒｌｐｏｌｍｒａｕｐｔｄａｋｕｃｒｉｉｃｅｅｓｓｅ．Ｌａｒｓａｅｏａｒｂｓｕｒｎｅｄｃｓｏｔｒｂｅｆｎｏｔｕ￣ｅｂｃｎｅａｎｄｓｒｔｙｔｍａｏｏｔｙ。ｐｎｖｔｅｒｎｔｘｉｅｕｌｉｓａｐｏｃｒｓｄｔｂａｎｔｅｄｓｇｔｏｆｏｔｕｅｄａｋｇａａ — ｕｏｈｏｙａｄｍａｒｎｑａｉｅｐｒａｈａｅｕｅｏｔｉｈｅｉｎｍｅｈｄｏｕｐｔｅｂｃｕｒｎｉｔｏｆｔｅｏｔｃｎｒｌｒＮＣ．ＳｍｕａｉｎｅａｌｈｗｓｔｅｖｌｉｆｈｒｐｓｄｍｅｈｄｅｄｃｓｏｔＳｏｆｏｉｌｔｘｍｐｅｓｏｈａｉｔｏｅｐｏｏｅｔｏ．ｏｄｙｔＫｅｒｓｅｗｏｋｄｃｎｒｌｓｓｅ；ｇａａｔｅｏｔｏｔｌｙｗｏｄ：ｎｔｒｅｏｔｏｙｔｍｓｕｒｎｅｄｃｓｃｎｒ；ｍａｒｅｕｌｉｓｔｔｂｅｅ；ｕｃｒｉｏｔｉｉｑａｉｅ；ｓａｅｏｓｒｒｎｅａｎｘｎｔｖｔ
Ｖ０．Ｎｏ５１２２．Ｏｃ．２０８ｔ０
网络控制系统的输出反馈保性能控制
谢化学院，江苏南京２０９）１０４（．江苏科技大学电子信息学院，２江苏镇江２２０）１０３

网络控制系统PPT课件

155通信约束下的网络控制系统稳定性分析1551网络控制系统稳定的通信约束网络控制系统中由于引入网络作为传输介质同时网络作为一个公共使用的信息传输信道在控制系统数据传输时难免会存在通信约束问题这也是网络控制系统区别于传统控制系统的一个重要特性
第十五章网络控制系统
• 15.1 网络控制系统概述 • 21世纪是一个网络化的时代，网络的普遍性决定了其在生活中的广泛应用。对网络系统的研究最早始于20
在网络控制系统中，模拟信号在通过网络信道传输之前必须要量化后才能传输，因此信号量化在网络控制系统中有着广泛的应用。通过量化器的作用，使得系统实时输出信号被转化为有限长度的数字信号，因而可能会影响系统的控制精度和稳定性。量化器按量化方式分主要有两大类；均匀量化器和非均匀量化器。 • 15.5.3基于状态观测的量化反馈稳定性分析 • 考虑到网络控制系统中状态不一定能测量到，因此分析带有状态观测器的量化反馈控制稳定性具有现实意义。假设带有状态观测器的量化反馈网络控制系统如图所示，其中被控对象的状态空间模型为
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第十五章网络控制系统
对象
yk
量化器1 -
uk
观测矩阵
控制器
•
xk
量化器2
观测器
xk
• 量化反馈控制系统结构框图
• 15.6 网络控制系统控制器设计
• 15.6.1 控制器设计方法
• 针对网络诱导的时延，有不少补偿控制设计方法，其中延迟整形技术是其中一种。所谓延迟整形是指将网络上时变的时延通过“整形器”转化为固定的时延。系统时延经过整形后，控制律的设计问题就转化为一般的采样数据控制问题。延迟整形方法是研究可变时延条件下NCSs稳定性问题的一种简便方法。
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网络化控制系统的几个主要问题及其分析

而被要求重发，如果该节点的数据在规定的现场控制的网络控制系统来说造价太高，点配置。
重发时间内仍然没有成功发送数据，则该数包括OSI系统所有各层的总开销，对于网络
采用上述几个基本的降低网络负载的
据包被丢弃。这些现象都可视为数据包丢控制系统的应用来说同样显得太高。
方法，将有利于控制系统的实时性要求，提
产生影响。这就需要通过调度来协调控制（Message Collision）、信息吞吐量、分组尺寸
（作者单位辽宁省沈阳职业技
网络。调度分为静态和动态调度。静态调度（Packet Size）、网络利用率和一些确定界等。术学院机械装备系学办）
新课程学习 159
过程中，传感器—控制器和控制器—执行器的基本问题外，控制系统部件的工作模式，而只有三层。这样既减少了无效数据的传
的时延，记为τsc和τca，合称为网络诱导时时钟同步等问题始终贯穿于网络控制系统输，也减少了编码解码的时间，从而提高了
延。而在大多数情况下，网络诱导时延是时的分析、设计以及实现过程中，有时也会影实时性。
失。闭环控制系统虽然对系统中结构和参数
4.控制网络通常可以选择低成本的桥高NCS的控制性能。
的变化具有一定的鲁棒性，但不可避免地造接器、路由选择器等实现和其它开放式网
参考文献：
成性能的下降，严重地将导致系统失稳，需络系统的连接，这一点非常重要。
［1］邢江，关治洪.网络化控制系统的研
要寻找行之有效的解决方法。
关键词：网络化控制；网络延迟；通信约束；数据包丢失；信息调度
一、网络化控制系统研究目前存在的指在系统运行前就规定了传输顺序，其传对于控制系统，理想的控制网络至少必须满
主要问题

时延离散网络系统的均方指数稳定控制

时延离散网络系统的均方指数稳定控制姚合军【摘要】针对带有随机时延和数据包丢失的不确定离散网络系统,得到了系统的均方指数稳定控制器设计策略.通过把网络诱导时延和数据包丢失看作满足Bernoulli 分布的等价时延,并结合等价时延在不同区间上的概率取值,建立了更加切合实际的网络系统数学模型,并在此基础上,结合Lyapunov稳定性理论,对网络系统的均方指数稳定性进行分析,同时给出了输出反馈鲁棒控制器设计方法.仿真算例说明了该方法的有效性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)011【总页数】5页(P178-182)【关键词】网络控制系统;时延;指数均方稳定;随机;数据丢失【作者】姚合军【作者单位】安阳师范学院数学与统计学院,安阳455000【正文语种】中文【中图分类】TP273网络系统是指由通信网络连接传感器，执行器和控制器的控制系统[1]。

与传统的点对点控制系统相比较,网络控制系统具有连线少,高性能,低成本,易于维护等优点。

因此,近二十年来，对网络控制系统的研究成果不断出现，网络控制系统已经成为控制界研究的重要分支之一[2—6]。

由于通信信号是通过网络进行传输，因此不可避免地会在系统中存在时延，数据包丢失，网络拥塞等现象，从而使得对网络系统的研究难度不断加大[7—12]。

信息在传感器、执行器和控制器之间传输过程中,以及控制器中的计算过程中不可避免地会出现网络诱导时延。

众所周知时延的存在常常会使系统性能变差,甚至不稳定[13—16]。

另一个区别于传统点对点系统的是由于不确定性和外部干扰的影响,网络系统中常常会存在数据丢失现象。

为分析网络诱导时延和丢包对系统性能影响,高会军给出了一个网络控制系统镇定的新方法,并给出了使闭环系统稳定的控制器设计方法[17]。

Huang通过分析随机时延与数据包丢失对系统的影响，建立了随机网络控制系统的数学模型，并通过设计系统的状态观测器，给出了系统的动态输出反馈控制器设计方法[18]。

车辆控制单元最大时延

车辆控制单元最大时延
车辆控制单元（Vehicle Control Unit，VCU）的最大时延取决于多个因素，包括硬件和软件设计、通信协议、传感器延迟等。

VCU是汽车电子控制系统中的一个关键部分，负责处理和执行车辆控制命令。

1.传感器时延：VCU通常依赖于多个传感器（如雷达、摄像头、激光雷达等）来获取车辆周围环境的信息。

传感器的数据采集和处理时间会对VCU的响应速度产生影响。

2.通信时延：如果VCU需要与其他车辆控制单元、云端服务器或基础设施进行通信，通信时延也是一个重要的考虑因素。

网络通信的速度和稳定性直接影响了控制指令的传递。

3.控制算法时延：车辆控制算法的执行时间也是一个关键因素。

这包括路径规划、动力学控制、制动系统响应等方面的计算时延。

4.硬件执行时延：VCU的硬件执行能力也会影响其响应速度。

这包括处理器性能、内存速度等硬件特性。

5.软件执行时延：VCU上运行的软件的执行效率也是一个因素。

优化的代码和算法能够减小软件执行的时延。

总的来说，为了确保车辆的安全性和稳定性，VCU的时延应该尽可能地减小。

在自动驾驶和智能交通系统的发展中，研究和优化VCU的时延一直是一个重要的课题，以提高整个车辆控制系统的性能。

不同的应用场景可能有不同的时延要求，例如高速公路上的自动驾驶可能对时延更为敏感。

时滞复杂动态网络的保性能控制

ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用
时滞复杂动态网络的保性能控制
罗毅平～，刘欢
ＬＵＯＹｉｐｉｎｇ，ＬＩＵＨｕａｎ
ＬｙａｐｕｎｏｖｓｔａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙａｎｄＬｉｎｅａｒＭａｔｒｉｘＩｎｅｑｕａｌｉｔｉｅｓ（ＬＭＩ）．Ｔｈｅｓｔａｔｅｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈｇａｉｎｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ
ｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｇｕａｒａｎｔｅｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓａｔｉｓｆｙｉｎｇｃｅｒｔａｉｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅｉｓｇｉｖｅｎｔｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｍｅｄｅｌａｙ；ｃｏｍｐｌｅｘｎｅｔｗｏｒｋ；ｇｕａｒａｎｔｅｅｄｃｏｓｔｃｏｎｔｒｏｌ

长时延网络控制系统的研究方法与展望

长时延网络控制系统的研究方法与展望
高媛
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2008(015)006
【摘要】随着网络控制系统的发展.网络时延逐渐成为研究的热点问题.目前对于网络控制系统的研究主要集中在短时延网络控制系统,而对于长时延络控制系统的研究较少.本文主要从不同方面论述了具有长时延网络控制系统的现有研究方法.并对此问题的其他研究方法进行了展望.
【总页数】3页(P2-4)
【作者】高媛
【作者单位】华北电力大学控制科学与工程学院,保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TF273
【相关文献】
1.具有长时延和丢包的网络控制系统的故障检测 [J], 成伟明;赵春光;黎培诚
2.大时延网络控制系统的研究方法与最新动态 [J], 李玉清;方华京
3.长时延和丢包的网络控制系统保性能控制 [J], 王晓斌
4.一类有数据包丢失的长时延网络控制系统的最优控制 [J], 李海涛;唐功友
5.长时延和丢包的网络控制系统保性能控制 [J], 王晓斌;
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计算机网络中的QoS保障机制研究

计算机网络中的QoS保障机制研究一、QoS概述QoS( Quality of Service)是指保证网络传输服务质量的一组技术和标准。

它可以对网络流量进行分类、管理和控制，使得不同种类的数据具备不同的网络传输优先级，以达到更好的用户体验和网络性能。

QoS技术可以提供多种服务保障机制，包括带宽保障、时延保障、丢包率控制和流量控制等。

二、QoS保障机制1. 带宽保障带宽保障是指为不同类型的网络流量分配带宽资源，以保证数据传输的带宽要求。

其中，基于端到端的QoS保障机制是最为常见的一种。

在这种机制下，可用带宽将根据数据流的特点和网络环境动态分配，实现数据传输的高效性和灵活性。

2. 时延保障时延保障是指保证网络流量在传输过程中的时延和延迟波动不会影响数据传输。

这种保障机制通常采用分组调度或者流量控制技术，对数据流进行严格的优先级排序，确保高优先级的数据流优先传输，从而保证网络的时延性能。

3. 丢包率控制丢包率控制是指在网络拥塞情况下，通过限制传输流量的大小或者限定特定类型的流量，降低网络拥塞程度和数据包丢失率，提高数据传输的可靠性和稳定性。

4. 流量控制流量控制是一种基于传输速率控制的QoS保障机制，它可以根据网络状态和可用带宽动态调整传输速率，保证数据传输的质量和效率。

在流量控制过程中，对数据流进行有效的压缩和速率控制，可以极大地提高数据传输的稳定性和可靠性。

三、QoS保障技术的应用QoS技术在网络应用中有着广泛的应用，其中最常见的应用包括音视频流媒体、云计算等。

1. 音视频流媒体音视频流媒体是QoS技术的主要应用之一。

在视频流媒体过程中，QoS技术可以根据网络带宽和延迟状态，动态调整数据传输的速率和优先级，从而保证视频流播放的稳定性和流畅性。

同时，音频流媒体也可以利用QoS技术，实现对音频数据传输的优先级控制，保证音频数据的高清晰度和纯度。

2. 云计算云计算是QoS技术的另一种广泛应用。

在云计算过程中，QoS 技术可以对不同类型的数据流进行调度和优先级分类，保证数据传输的畅通无阻和高效性。

时延网络控制系统的保性能控制研究

时延网络系统强时延依赖预测控制器的设计

一类不确定网络控制系统的有界输入保性能控制

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