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网络化控制系统

中南大学学报（自然科学版） 2003年第Z1期34卷 136-139页

作者：苑明哲刘玉忠周悦于海斌中国科学院沈阳自动化研究所沈阳师范大学

介绍了网络化控制系统的发展历程,讨论了控制网络的特征及其对控制系统的影响、以及关于网络化控制系统的研究热点和可能的新的研究方向.

关键词：网络化控制系统控制网络控制系统设计

隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计

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控制与决策 2023年第12期38卷 3418-3426页

作者：李进姜顺潘丰江南大学物联网工程学院江苏无锡214122

研究隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与执行器故障的联合区间估计问题.首先,根据隐蔽式攻击信号的特性,得到隐蔽式攻击信号的上下界信息;然后,将执行器故障视为增广状态,构造与原系统等价的增广系统,基于所得到的增广系统和隐蔽式攻击... 详细信息

研究隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与执行器故障的联合区间估计问题.首先,根据隐蔽式攻击信号的特性,得到隐蔽式攻击信号的上下界信息;然后,将执行器故障视为增广状态,构造与原系统等价的增广系统,基于所得到的增广系统和隐蔽式攻击信号的上下界信息,利用L_(∞)滤波理论设计鲁棒增广状态区间观测器,从而得到系统状态与执行器故障的联合区间估计;最后,通过仿真实例验证所提出方法的有效性和优越性.

关键词：区间观测器隐蔽式攻击执行器故障故障区间估计状态区间估计网络化控制系统

DoS攻击下网络化控制系统基于观测器的记忆型事件触发预测控制

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控制理论与应用 2022年第7期39卷 1335-1344页

作者：卢韦帆尹秀霞南昌大学理学院数学系江西南昌330031

本文研究了DoS攻击下网络化控制系统记忆型事件触发预测补偿控制问题.首先,由于网络带宽资源有限和系统状态不完全可观测性,引入了记忆型事件触发函数,为观测器提供离散事件触发传输方案.然后,分析了网络传输通道上发生的DoS攻击.结合... 详细信息

本文研究了DoS攻击下网络化控制系统记忆型事件触发预测补偿控制问题.首先,由于网络带宽资源有限和系统状态不完全可观测性,引入了记忆型事件触发函数,为观测器提供离散事件触发传输方案.然后,分析了网络传输通道上发生的DoS攻击.结合上述记忆型事件触发方案,在控制节点设计一类新颖的预测控制算法,节省网络带宽资源并主动补偿DoS攻击.同时,建立了基于观测器的记忆型事件触发预测控制的闭环系统,并且分析稳定性.通过线性矩阵不等式(LMI)和Lyapunov稳定性理论,建立了控制器、观测器和记忆型事件触发矩阵的联合设计方案,并验证了该方案的可行性.仿真结果表明,该方案结合记忆型事件触发机制可以有效补偿DoS攻击,节约网络带宽资源.

关键词：网络化控制系统记忆型事件触发方案预测控制 DoS攻击

网络化系统动态事件触发无模型自适应节能控制

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控制工程 2024年

作者：张志彭力赵华荣江南大学物联网技术应用教育部工程研究中心

为提高网络通信带宽的利用率，并针对系统输入提供源动力的网络化控制系统的节能问题，同时考虑到现有的控制方法涉及系统动力学模型，提出一种基于动态事件触发机制的改进无模型自适应控制（DET-IMFAC）算法。首先，利用伪偏导数概念... 详细信息

为提高网络通信带宽的利用率，并针对系统输入提供源动力的网络化控制系统的节能问题，同时考虑到现有的控制方法涉及系统动力学模型，提出一种基于动态事件触发机制的改进无模型自适应控制（DET-IMFAC）算法。首先，利用伪偏导数概念，将难以精确获取参数的网络化控制系统模型转换为紧格式动态线性化数据模型；其次，在系统反馈通道中引入基于输出信息的动态事件触发机制，高效节省网络资源，进而提出一种改进的无模型自适应控制算法。该控制算法在传统无模型自适应控制算法的基础上，考虑了能量函数的惩罚项，减少能量损耗，为网络化控制系统的输出跟踪精度和节能运行提供了一种优化的方法；然后，利用压缩映射方法严格证明系统的稳定性；最后，进行了数值仿真和直流电机调速系统仿真实验，实验结果表明，相对于传统无模型自适应控制算法、静态事件触发无模型自适应控制算法，算法在满足系统输出跟踪效果好的同时，网络通信次数减少，能量损耗最小，验证了算法的有效性。

关键词：网络化控制系统动态事件触发机制无模型自适应控制节能控制

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基于事件触发的网络化系统输出反馈耗散控制

控制工程 2024年第3期31卷 400-405,415页

作者：王岩葛超赵志伟华长春华北理工大学人工智能学院河北唐山063210 唐山学院人工智能学院河北唐山063000 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066000

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... 详细信息

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。

关键词：网络化控制系统事件触发机制输出反馈耗散控制

基于三角数据模型的网络化非线性系统预测控制

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基于三角数据模型的网络化非线性系统预测控制

作者：张禹墨北方工业大学

学位级别：硕士

随着计算机、通信等技术的发展,融合通信网络的网络化控制系统在不同领域均有广泛的应用。然而,网络的引入在带来的便利的同时,不可避免地产生网络通信约束,如网络时延,数据包丢失以及数据包乱序,从而影响网络化控制系统的控制性能甚至... 详细信息

随着计算机、通信等技术的发展,融合通信网络的网络化控制系统在不同领域均有广泛的应用。然而,网络的引入在带来的便利的同时,不可避免地产生网络通信约束,如网络时延,数据包丢失以及数据包乱序,从而影响网络化控制系统的控制性能甚至破坏系统稳定性。针对该问题,学者们提出了网络化预测控制方法以补偿这些通信约束。然而,基于传统模型预测控制设计的网络化预测控制方法往往难以应用在复杂的非线性系统中。虽然数据驱动预测控制能够利用数据完成复杂系统的建模,但其现有方法中,大部分数据模型的参数量较大,且参数缺少实际物理意义,直接或间接地导致其在辨识过程中发生偏移,从而影响控制性能。针对以上问题,本文以网络化控制系统为基本研究框架,结合数据驱动预测控制与网络化预测控制的相关理论,重点研究非线性系统的数据驱动控制问题以及随机通信约束下网络化非线性系统的控制问题。具体研究内容如下:1)基于三角模型的非线性系统自适应预测控制。针对现有数据驱动预测控制方法中参数量庞大且缺乏物理意义的问题,本文提出了三角模型自适应预测控制方法。该方法利用三角动态线性化技术,构建了参数量小且具有明确物理意义的数据模型。此外,本文通过严谨的理论分析证明了所提方法的稳定性,并通过数值仿真验证了所提方法的有效性与优越性。2)基于三角模型的网络化非线性系统预测控制。为了补偿网络引入的通信约束,本文基于1)中的方法提出了三角模型网络化预测控制方法,旨在实现对网络化非线性系统的控制并主动补偿网络通信约束。此外,本文提供了所提方法的稳定性分析,并通过数值仿真证明了方法有效性。3)两种控制方法实验验证。为了全面评估所提出的控制方法,本文搭建了网络化电机控制平台,并设计了相应的实物实验。通过比较实验结果,验证了三角模型自适应预测控制在非线性系统控制问题中的有效性和三角模型网络化预测控制在网络化非线性系统控制问题中的有效性。

关键词：网络化控制系统网络化预测控制数据驱动控制预测控制通信约束

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网络化控制系统状态与故障的联合区间估计

网络化控制系统状态与故障的联合区间估计

作者：李进江南大学

学位级别：硕士

网络化控制系统引入了开放共享的通信网络给系统带来了连接简单、容易扩展、便于维护等优点的同时也给系统带来了一系列新问题,如数据传输延迟,数据包丢失及遭受网络攻击等,从而导致系统的性能下降。故障诊断和与容错控制技术为提高系... 详细信息

网络化控制系统引入了开放共享的通信网络给系统带来了连接简单、容易扩展、便于维护等优点的同时也给系统带来了一系列新问题,如数据传输延迟,数据包丢失及遭受网络攻击等,从而导致系统的性能下降。故障诊断和与容错控制技术为提高系统的安全性和可靠性提供了重要的理论支撑,故障估计为设计容错控制策略提供了所需的故障幅值及变化规律。传统的故障点估计方法通常需要假设干扰和噪声满足特定的概率分布,然而在实际系统中干扰和噪声可能有界但却难以描述其统计特性。在此背景下,本课题主要研究网络化控制系统状态与故障的联合区间估计问题,主要研究内容如下:针对传感器通道遭受隐蔽式攻击的网络化控制系统,提出并设计了一种能够对系统状态与故障进行联合区间估计的区间观测器。首先设计区间观测器获取隐蔽式攻击信号的区间估计,然后将执行器故障视为增广状态,并构建与受攻击系统等价的增广系统,基于该增广系统和隐蔽式攻击信号的区间估计设计了TNL型区间观测器。利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)方法得到区间观测器的参数矩阵,使得误差系统满足给定的L性能指标。TNL型区间观测器增加了观测器的设计自由度,且所有待设计参数矩阵均可转化为LMI进行求解,使得观测器的估计性能得到保障。该观测器得到的结果为后续设计容错控制器提供了故障幅值和系统状态等信息。针对传感器通道和执行器通道同时遭受虚假数据注入攻击的网络化控制系统,提出了一种能够对系统状态与故障进行联合区间估计的集员估计方法。通过将传感器故障视为增广状态,在此基础上设计增广状态观测器并运用Lyapunov稳定性理论和LMI方法得到观测器的参数,然后利用中心对称多胞体技术得到误差信号的区间估计,根据增广状态观测器获取的点估计和误差信号的区间估计得到增广状态的区间估计,从而获得状态与故障的区间估计。该方法通过引入H优化技术使得求得的估计结果更加准确,且得到的故障与状态信息可用于后续设计主动容错控制器。针对未知测量延迟下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计问题,考虑未知但有界的过程干扰和有界的未知测量延迟,在执行器发生故障的情况下,探索TNL型区间观测器在未知测量延迟网络化控制系统中的应用。首先通过建模分析得到未知测量延迟的明确数学表达式并假设其有界,然后构建增广状态包含系统状态和执行器故障的增广系统,针对该增广系统设计TNL型区间观测器。通过Lyapunov函数借助LMI方法得到区间观测器的参数矩阵,使得误差系统满足给定的H性能指标。该观测器得到的故障和状态信息为后续实施主动容错控制策略奠定了基础。

关键词：网络化控制系统区间观测器隐蔽式攻击虚假数据注入攻击未知测量延迟

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具有时变故障网络化系统的主动容错预测控制

具有时变故障网络化系统的主动容错预测控制

作者：刘孟北方工业大学

学位级别：硕士

网络化系统是由控制器、传感器和执行器等部件通过网络连接的控制系统。网络化系统的可靠性更高、布线更少、更易于维护。由于通信网络的引入,给系统带来了网络时延、数据丢包和乱序等不利影响,同时,复杂运行环境和设备长期运行等客观... 详细信息

网络化系统是由控制器、传感器和执行器等部件通过网络连接的控制系统。网络化系统的可靠性更高、布线更少、更易于维护。由于通信网络的引入,给系统带来了网络时延、数据丢包和乱序等不利影响,同时,复杂运行环境和设备长期运行等客观因素也增加了系统执行器和传感器发生故障的风险,且设备持续运行时,实际控制系统会因磨损、老化等自然因素而出现性能退化,这些因素通常会导致系统模型与实际模型存在偏差。因此,本文研究了存在模型失配网络化控制系统以及网络化多智能体系统的主动容错预测控制问题,具体总结如下:1)针对网络化控制系统模型失配和随机通信约束及时变执行器故障问题,设计了一种主动容错预测控制策略。首先,构建基于自适应卡尔曼滤波算法的观测器,实现对系统状态和时变故障的估计,并利用网络化预测控制方法,设计主动容错控制方案。然后,通过理论推导分别对系统模型失配和匹配下的闭环系统进行稳定性分析。最后,利用数值仿真和实物实验验证所提方法的有效性。2)针对网络化控制系统模型失配和随机通信约束及时变执行器故障和传感器故障问题,设计了一种基于改进观测器的容错预测控制策略。首先,设计改进的自适应卡尔曼滤波观测器,实现对时变执行器故障和时变传感器故障的联合估计,并设计容错预测控制方案对时变执行器故障、时变传感器故障和随机环路时延进行主动补偿。然后,利用切换李雅普诺夫方法分别对系统模型失配和匹配下的闭环系统进行稳定性分析。最后,利用数值仿真验证所提方法的有效性。3)针对网络化多智能体系统时变执行器故障和时变传感器故障及双通道随机通信约束问题,设计了一种基于云服务器的主动容错云预测控制方案。首先,将预测控制器设置于云服务器侧,并利用网络化预测控制方法,设计主动容错预测控制策略,实现对随机通信约束和时变双故障的主动补偿及网络化多智能体系统的协同输出跟踪控制。然后,通过理论分析得到了与时延无关的闭环系统稳定性条件。最后,对所提方法进行数值仿真验证,证明了所提方法的有效性。

关键词：网络化控制系统网络化多智能体系统随机通信约束时变故障模型失配

网络化控制系统鲁棒L_2-L_∞控制器设计

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电机与控制学报 2010年第2期14卷 25-30页

作者：王常虹奚伯齐李清华解伟男哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心黑龙江哈尔滨150080

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... 详细信息

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。

关键词：网络化控制系统锥补线性化算法 L2-L∞性能