一类短延时网络控制系统的建模与稳定性分析

网络控制系统由于将通讯网络引入了控制系统的闭环中,使得对其分析非常复杂。在分析网络多包传输原因的基础上,讨论了多包传输网络控制系统的建模问题。系统中传感器采用时间驱动方式,控制器和执行器采用事件驱动方式。在考虑延时小于一个采样周期情况下,建立了多包传输闭环网络控制系统模型,并分析了闭环网络控制系统的稳定性。     

具有网络调度的航空发动机分布式控制系统协同容错控制

为解决航空发动机分布式控制系统中网络参数与控制性能之间的冲突问题,提出了一种基于线性矩阵不等式理论的网络参数与保成本容错控制器协同设计方法。建立MEF-TOD调度协议作用下状态变量和控制变量的传输特性;将采样周期和数据包容量作为未知量引入航空发动机分布式控制系统的建模过程,得到调度协议约束下的网络参数与控制系统参数联合模型;给出联合闭环系统渐进稳定且存在成本函数上界的充分条件,并给出了网络参数与控制器增益的具体求解步骤。仿真结果显示,控制器与网络参数的协同设计方法能够求解出最优采样周期和数据包容量,据此得到容错控制器能够使航空发动机分布式控制系统在发生主动丢包故障的情况下,联合闭环系统渐进稳定,且低压转子转速超调量降低了80%,参数摆动降低了66.7%,保证控制器动态性能最优。     

航空发动机分布式控制系统动态输出反馈鲁棒H∞容错控制

针对存在网络诱导时延、外部干扰的航空发动机分布式控制系统,提出了执行机构发生部分失效故障时的输出反馈容错控制方法。对航空发动机分布式控制系统中网络诱导时延以及执行器部分失效问题进行量化说明,在此基础上,采用动态输出反馈控制器建立增广闭环系统。针对所建立的增广闭环系统,对H∞性能约束下的增广闭环系统稳定性进行分析,并利用线性矩阵不等式理论设计了输出反馈H∞容错控制器。仿真结果表明,当两个执行机构输出值分别为衰减80%和50%时,控制系统在所设计的控制器作用下均方渐进稳定,且具有H∞性能指标为0.63,同样在正向偏差故障条件下也具有很好的容错能力。      

嵌入式分布式架构下航空发动机模型预测控制方法研究

传统集中式架构和离线设计控制器的方法已经很难满足航空发动机复杂多变、全生命周期控制需求。本文提出了一种部分分布式架构的涡喷发动机模型预测控制方法，并进行了鲁棒性分析：采用改进的组合线性模型求解方法，在保证精度的前提下大幅缩短求解时间，解决了发动机多变量线性状态空间模型求解问题；设计了基于线性模型预测控制的涡喷发动机控制器，解决了含有约束条件下发动机动态性能优化问题；考虑到分布式控制系统具有总线网络通信特性，建立了以网络工具箱模拟总线网络的分布式控制系统仿真平台，解决了存在总线网络丢包情况下的分布式控制系统鲁棒性分析问题；采用多节点模块化设计方法，设计并搭建了分布式控制系统硬件在环仿真平台并采用嵌入式矩阵运算优化方法，解决了模型预测控制算法在嵌入式平台上的应用问题。试验表明：模型预测控制的效果优于传统PID控制效果，有效地提高了发动机的动态响应；同时，在存在网络丢包情况下，本文所设计的基于模型预测控制的分布式控制系统依然具有稳定的控制效果和鲁棒性。     

直流电机网络控制系统仿真

对直流电机网络闭环控制系统进行仿真分析,根据电机网络闭环控制系统原理建立仿真模型。对具有数据丢包的直流电机网络伺服控制系统输出响应特性进行仿真,比较系统分别采用PI控制及增益,可调PI控制方式时的输出特性。结果表明,相比常规PI控制增益可调PI控制方法在网络环境下具有更好的控制特性。该研究为网络伺服控制技术提供可靠的参考依据。     

船舶燃机电机混合动力控制方法

在对现有混合动力控制系统进行研究的基础上,提出了新型的燃气轮机和异步电机混合动力系统。采用模块化的设计方法,建立了燃气轮机、异步电机、S.S.S.离合器、并车齿轮箱、并车控制器和螺旋桨等部件的数学模型,进而构建了整个系统的仿真模型。利用外特性法建立了燃气轮机的仿真模型;采用电流滞环跟踪 PWM方法建立了异步电机仿真模型,实现了弱磁调速;建立了 S.S.S.离合器的可靠的仿真模型,能够研究并车时的冲击;设计了 2种推进方式投切策略,实现了混合动力仿真;设计了并车控制器以实现并车过程调节。对混合动力控制策略和并车过程进行了仿真,结果表明所提出的混合动力系统能够正常工作,并车控制器工作较好,并车策略有效,能够减小并车过程中的冲击。     

数字式飞机起落架转弯控制器设计

针对某型飞机起落架转弯控制系统,本文设计了一种以DSP和双口RAM为核心的双余度数字式控制器.控制器采用硬件冗余的方法搭建双通道热备份系统,制定了余度管理策略.借助自检测和比较监控技术实现一次故障工作、两次故障安全的目标.运用马尔可夫过程建立了系统的可靠度模型,利用MATLAB求解可靠度模型的微分方程组,并对系统的可靠度进行了仿真分析.     

基于模型的矢量喷管控制系统设计

为实现矢量喷管控制系统正向研发"V"字模型,使用基于模型的设计方法开展矢量喷管控制系统的设计和验证。建立了包含矢量喷管液压机械单元、矢量喷管控制器及矢量偏转运动的矢量喷管控制系统模型,与发动机模型、飞机模型集成用于矢量喷管控制系统的系统综合设计。使用模型自动测试技术开展数字仿真试验,利用自动代码生成技术和实时仿真技术实现控制软件快速开发和系统半物理试验,试验结果表明了矢量喷管控制系统设计的正确性、高效性。     

基于ANN逆模型的非线性系统内模控制结构方案及仿真研究

基于逆模型的非线性系统控制器设计方法已得到了快速发展,并成为设计控制系统的一种重要方法。但对大量复杂、未知和不确定的非线性对象,建立具有一定通用性的逆模型控制器,在实际非线性系统设计中是非常困难的。文中基于系统内模控制（IMC）原理和神经网络（ANN）的非线性映射、大规模并行处理等特性,设计了非线性系统的ANN正模型辨识器及逆模型控制器,基于IMC原理和ANN理论建立了非线性系统的IMC结构方案。大量仿真研究表明,设计的基于ANN逆模型的IMC结构方案是有效的,ANN逆模型控制器具有良好控制性能,且其结构简单,具有一定通用性。     

微型涡喷发动机数字控制实时半物理模拟试验系统

本文以某微型涡喷发动机为工作对象,采用8098单片机作数字控制器,计算机当作模型发动机,具体介绍了数控半物理模拟试验系统概述、发动机数学模型建立、系统硬件总体设计、自适应模型跟随控制器及其软件设计;在此基础上建立了发动机数控实时半物理模拟试验系统并进行试验,结果证明:所设计的系统能实时地反映控制系统作用下的真实试车过程。      

A feedback-retransmission based asynchronous frequency hopping MAC protocol for military aeronautical ad hoc networks

Attacking time-sensitive targets has rigid demands for the timeliness and reliability of information transmission, while typical Media Access Control (MAC) designed for this application works well only in very light-load scenarios; as a consequence, the performances of system throughput and channel utilization are degraded. For this problem, a feedback-retransmission based asynchronous FRequency hopping Media Access (FRMA) control protocol is proposed. Burst communication, asynchronous Frequency Hopping (FH), channel coding, and feedback retransmission are utilized in FRMA. With the mechanism of asynchronous FH, immediate packet transmission and multi-packet reception can be realized, and thus the timeliness is improved. Furthermore, reliability can be achieved via channel coding and feedback retransmission. With theories of queuing theory, Markov model, packets collision model, and discrete Laplace transformation, the formulas of packet success probability, system throughput, average packet end-to-end delay, and delay distribution are obtained. The approximation accuracy of theoretical derivation is verified by experimental results. Within a light-load network, the proposed FRMA has the ability of millisecond delay and 99% reliability as well as outperforms the non-feedback-retransmission based asynchronous frequency hopping media access control protocol.     

MANET中一种新的基于多包接收的媒体接入控制协议

提出了一种新的基于多包接收的MANET媒体接入控制协议.该协议利用信道多包接收的特性,结合功率控制和协议的跨层设计,可选取信道增益较大的节点接入信道.实验结果表明,在业务量较大时,新协议在提高网络吞吐量的同时,减小了能量消耗.     

控制器故障下的软件定义机载网络数据平面迁移策略

软件定义网络（SDN）为突破机载网络功能僵化所造成的瓶颈提供了新的契机。针对软件定义机载网络控制域内控制节点故障问题,提出一种基于时延和负载均衡的传输节点迁移策略,将故障控制节点所管控数据平面中的传输节点迁移至其他正常控制节点,恢复网络的正常管控。以迁移时延和负载均衡率为目标,建立迁移优化模型,提出基于时延和负载均衡的传输节点迁移算法,指导数据平面中的迁移动作,最终对两个性能目标进行综合权衡。实验结果表明,与距离就近迁移（DCM）策略和分布式逐跳（DHA）策略相比,所提策略在迁移时延和负载均衡率2个方面进行了合适的折中,避免出现迁移时延过大或控制节点负载失衡的情况,有效解决机载网络故障恢复问题。     

网络环境下具有扰动的线性时不变系统的变结构控制器设计

针对一类具有扰动的线性时不变网络控制系统中的网络诱导时延问题,设计了具有指数趋近律的滑模变结构控制器,并通过Lyapunov稳定性理论给出了具有扰动及时延的闭环网络控制系统的稳定性定理,最后通过仿真验证了此方法的鲁棒性、有效性。     

具有量化器的网络控制系统稳定性分析

数字设备硬件性能的提高和网络控制系统的发展使得量化问题成为目前研究的热点。由于网络控制系统具有带宽约束的特点,数据的传输和处理是零传输延迟和无限高精度的这一假定不再合适,有必要对量化对于控制系统性能的影响进行研究。针对考虑量化器的状态反馈镇定系统的模型从非线性的角度研究了量化器对于控制对象状态动态特性的影响。进而推广到考虑量化器的周期通信的网络控制系统模型上。用Matlab／Simulink仿真算倒,验证了结论的有效性。     

Real-time and reliability analysis of time-triggered CAN-bus

Real-time performance and reliability are two most important issues in applications of time-triggered controller area network (CAN) bus systems at present. A scheduling matrix of time-triggered CAN-bus system is established using average-loading algorithm. Periodic messages are guaranteed to transmit without delay by distributing independent transmission windows within the system matrix. Considering the traditional CAN-bus transmission mechanism and the time-triggered feature, an algorithm is improved to calculate the worst-case delay of event-triggered messages in time-triggered CAN-bus systems. The failure probability is calculated for event-triggered messages whose worst-case delay exceeds their deadlines. Different levels of redundant structures of CAN-bus circuits are analyzed and the maintenance management is proposed to improve the system reliability. Finally, the reliabilities of different structures are calculated and the influences of maintenance on the system reliability are analyzed.     

CAN现场总线实时性研究

介绍在CAN现场总线控制网络中保证优先级较低站点数据传输实时性的有效方法.通过动态改变各站点优先级,保证各站点有均等机会获得总线控制权,实现数据实时传输.本文提出"取模增加"法动态改变站点优先级,使优先级较低的站点可以动态地提高优先级,有效降低网络传输延时,提高站点数据传输的实时性.     

交换式实时以太网的实现方法

将简单实用的以太网应用到工业控制和航空航天领域,是人们关心的一个问题。然而,由于缺乏实时性服务,导致无法对已用网络进行改造。本文给出一种对全双工交换式以太网进行改造的方法,以保证网络的流量和延时要求。交换机和节点用EDF算法控制实时传输,从而在无需修改以太网标准的前提下支持实时和非实时传输。交换机通过对源节点和目的节点之间的链路进行可行性分析,最终确认RT通道是否可以建立(即准许控制)。交换机还定时广播以太网帧来同步所有节点。     

TCP-ATCA： Improved Transmission Control Algorithm in Satellite Network

An adaptive transmission control algorithm based on TCP （TCP-ATCA） is proposed to reduce the effects of long propagation delay and high link error rate of the satellite network on the performances. The flow control and the error recovery are differentiated by combined dynamic random early detection-explicit congestion notification （DRED-ECN） algorithm, and, moreover, the pertaining congestion control methods are used in TCP-ATCA to improve the throughput. By introducing the entire recovery algorithm, the unnecessary congestion window decrease is reduced, and the throughput and fairness are improved. Simulation results show that, compared with TCP-Reno, TCP-ATCA provides a better throughput performance when the link capacity is higher （ ≥600 packet/s）, and roughly the same when it is lower. At the same time, TCP-ATCA also increases fairness and reduces transmission delay.