网络通信环境下的复合抗干扰控制

Networked control systems (NCSs) invovling many communities, such as computer sciences, communications and automatic control, have been an active research area in the past several years. In NCSs, the uncertain factors such as the controlled plant modeling error, external disturbance, network communication delay and packet loss are the main factors that led to the decrease of the system performance and even instability, and in network communication environment, the active compensation of the influence of various uncertain factors is an effective way to improve system control performance. This project focuses on the composite disturbance rejection control problems in networked systems, and propose the singular extended state observer based networked state estimation approaches, high-precision disturbance observer design approaches, as well as network sliding mode control approaches, which possess the disturbance rejection ability of matched disturbance, and the disturbance attenuation ability of the mismatched disturbance, and the modified network predictive control strategies, which can actively compensate network communication uncertainties, and the system modeling error and external disturbance, to improve control performance and disturbance rejection ability, then the composite disturbance rejection control approach is established for NCSs, which can provide the theoretical support for the practical applications.

网络化控制系统涉及计算机、通信与自动控制等领域，是近年来国内外学者的研究热点。在网络化控制系统中，被控对象的建模误差、外部扰动等不确定因素以及网络通信带来的网络通信时延、数据包丢失等不确定因素是导致系统性能下降甚至失稳的主要原因，而在网络通信环境下主动补偿各种不确定因素对系统的影响是改善系统控制性能的有效途径。本项目着重研究网络化系统中的复合抗干扰控制问题，分别提出基于奇异扩张状态观测器的网络化状态估计方法、基于状态估计的高精度扰动观测器设计方法以及网络化滑模控制方法，使其对匹配扰动具有抗干扰能力、对非匹配扰动具有较好的抑制能力，并对现有的网络化预测控制策略进行改进，使其既可以主动补偿网络通信不确定性，又可以对系统的建模误差、外部扰动等不确定性进行主动补偿，以提高网络化系统控制性能和抗干扰能力，系统地形成适用于网络化系统的复合抗干扰控制方法，为网络化控制系统在实际应用中提供理论支持。

网络化控制系统涉及计算机、通信与自动控制等领域，是近年来国内外学者的研究热点。本项目开展了网络化控制与滤波、抗干扰控制、模型预测控制等方面的研究工作。针对网络化系统中的复合抗干扰问题，分别提出网络通信环境下的状态/扰动估计方法、滑模控制器设计方法、网络预测控制方法等复合抗干扰控制方法，并将提出的复合抗干扰控制方法应用在机械臂系统、四旋翼飞行器和航天器姿态控制系统等。针对气动机械臂和气动伺服系统，提出了基于非线性扰动观测器的固定时间动态面控制、自适应扰动抑制、变增益自抗扰控制等方法，实现了理想的轨迹跟踪和抗扰性能。针对飞行器系统，提出了基于内外环控制框架的四旋翼姿态复合抗扰控制、鲁棒非奇异快速终端滑模控制、分布式有限时间姿态控制等方法。针对网络化系统，提出了预测云控制、最优弹性控制、量化事件驱动控制等方法，有效提高了网络化控制系统的整体性能。项目组还搭建了delta机械臂、气动伺服系统等实验平台验证了复合抗干扰控制方法的有效性。本项目研究成果系统地形成了一套较为完整的复合抗干扰控制方法，为网络化控制系统在实际应用中提供理论支持。