تحلیل پایداری روش پیش‌‌بین در کنترل شبکه‌‌ای با استفاده از تئوری سیستم‌‌های کلیدزن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان

2 گلپایگان*مهندسی مکانیک

چکیده

در سیستم کنترل شبکه‌ای، تأخیر زمانی و اتلاف داده می‌تواند باعث کاهش عملکرد و یا حتی ناپایداری سیستم شود. کنترل پیش‌‌بین یکی از روش‌های مؤثر در کاهش اثر تأخیر زمانی و اتلاف داده است. در روش کنترل پیش‌‌بین ارائه شده، داده‌های کنترلی تا زمان مطلوب که پوشش دهنده تأخیر زمانی و همچنین اتلاف داده تصادفی در شبکه است، پیش‌‌بینی شده و تخمین متغیرهای حالت با استفاده از فیلتر کالمن انجام می‌شود. با ارسال یک بسته حاوی داده‌های کنترلی پیش‌‌بینی شده به عملگر و انتخاب داده کنترلی مناسب، می‌توان به عملکرد مطلوب کنترلی سیستم دست یافت. در این مقاله سیستم کنترل شبکه‌ای را به عنوان یک سیستم کلیدزن با سیگنال کلیدزنی دلخواه در نظر گرفته و بر اساس تئوری سیستم‌های کلیدزن، معیاری برای بررسی پایداری سیستم حلقه‌بسته همراه با تأخیر زمانی و اتلاف داده ارائه شده است. تأخیر زمانی و اتلاف داده به عنوان پارامترهای کلیدزنی انتخاب شده و زیر مجموعه‌ای از سیستم‌های دینامیکی در فضای حالت گسسته ایجاد شده است. با ارائه تابع لیاپانوف برای کلیه زیرمجموعه‌ها و حل نامساوی‌های ماتریسی می‌توان پایداری سیستم را بررسی نمود. نتایج حاصل از شبیه‌سازی بیانگر اثر اتلاف داده در پایداری سیستم با در نظرگرفتن تأخیر زمانی در مسیرهای پیش‌خور و پس‌خور است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Stability Analysis of Predictive Control in Networked Control System Using Switching Control

نویسندگان [English]

  • Reza Ferasat 1
  • Mostafa Nasiri 2
1 Golpayegan university of technology
چکیده [English]

Predictive control is one of the effective methods to reduce the effect of time delay and data dropout in networked control systems. In the proposed predictive control method, the control data is predicted as long as it covers the time delay and data dropout in the network, and the estimation of state variables is performed using the Kalman filter. By sending a package containing the predicted control data to the actuator and selecting the appropriate control data, the desired control performance of the system can be achieved. In this paper, the networked control system is considered as a switching system with an arbitrary switching signal. A criterion for evaluating the stability of the closed-loop system with time delay and data dropout is presented based on the theory of switching systems. Time delay and data dropout are selected as switching parameters and a subset of switching dynamic systems is created in the discrete state space. By providing the Lyapunov function for all subsets and solving matrix inequalities, the stability of the system can be investigated. The simulation results show the effect of data dropout on the stability of the system by considering the time delay in the forward and feedback channels.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Networked control system
  • Switching control
  • Kalman filter
  • Predict
  • Time delay
  • Data dropout

مراجع

[1] G. Liu, Y. Xia, D.J.I.P.V. Rees, Predictive control of networked systems with random delays, 38(1) (2005) 85-90.
[2] G.-P. Liu, Y. Xia, J. Chen, D. Rees, W.J.I.T.o.I.E. Hu, Networked predictive control of systems with random network delays in both forward and feedback channels, 54(3) (2007) 1282-1297.
[3] G.-P. Liu, Y. Xia, D. Rees, W.J.I.T.o.S. Hu, Man,, P.C. Cybernetics, Design and stability criteria of networked predictive control systems with random network delay in the feedback channel, 37(2) (2007) 173-184.
[4] Y. Xia, J. Chen, G. Liu, D. Rees, Stability analysis of networked predictive control systems with random network delay, in:  2007 IEEE International Conference on Networking, Sensing and Control, IEEE, 2007, pp. 815-820.
[5] X. Luan, P. Shi, F.J.I.t.o.i.e. Liu, Stabilization of networked control systems with random delays, 58(9) (2010) 4323-4330.
[6] B. Liu, Y. Xia, M.S. Mahmoud, H. Wu, S.J.C. Cui, Systems,, S. Processing, New predictive control scheme for networked control systems, 31(3) (2012) 945-960.
[7] J. Sun, Q. Zhao, Stability of the networked predictive control system with delay mismatch, in:  2016 14th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV), IEEE, 2016, pp. 1-5.
[8] Y. Zou, Q. Wang, T. Jia, Y.J.C. Niu, Systems,, S. Processing, Multirate event-triggered MPC for NCSs with transmission delays, 35(12) (2016) 4249-4270.
[9] D. Zhang, P. Shi, Q.-G. Wang, L.J.I.t. Yu, Analysis and synthesis of networked control systems: A survey of recent advances and challenges, 66 (2017) 376-392.
[10] H. Yang, X. Guo, L. Dai, Y.J.I.J.o.R. Xia, N. Control, Event‐triggered predictive control for networked control systems with network‐induced delays and packet dropouts, 28(4) (2018) 1350-1365.
[11] X. Liang, L. Yang, X. Lu, H. Wang, Z.J.A.J.o.C. Zhang, Control for networked control systems with packet dropout and delay,  (2019).
[12] K. Liu, A. Selivanov, E.J.A.R.i.C. Fridman, Survey on time-delay approach to networked control, 48 (2019) 57-79.
[13] L. Zhao, X. Ma, J.J.J.o.t.F.I. Wang, Networked predictive control for linear systems with quantizers by an event-driven strategy, 356(6) (2019) 3245-3269.
[14] J. Zhang, S. Chai, B.J.I.J.o.S.S. Zhang, Model-based event-triggered dynamic output predictive control of networked uncertain systems with random delay, 51(1) (2020) 20-34.
[15] Sinopoli, B., Schenato, L., Franceschetti, M., Poolla, K., Jordan, M.I. and Sastry, S.S., Kalman filtering with intermittent observations. IEEE transactions on Automatic Control, 49(9)(2004), pp.1453-1464.
[16] Mehedi, I.M., Ansari, U., Bajodah, A.H., AL-Saggaf, U.M., Kada, B. and Rawa, M.J., Underactuated rotary inverted pendulum control using robust generalized dynamic inversion. Journal of Vibration and Control, 26(23-24)(2020), pp.2210-2220.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 53، شماره 10
دی 1400
صفحه 5039-5054

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار