Joint Optimization of Control Strategy and Energy Consumption for Energy Harvesting WSAN

With the rapid development of wireless sensor technology, recent progress in wireless sensor and actuator networks (WSANs) with energy harvesting provide the possibility for various real-time applications. Meanwhile, extensive research activities are carried out in the fields of efficient energy allocation and control strategy design. However, the joint design considering physical plant control, energy harvesting, and consumption is rarely concerned in existing works. In this paper, in order to enhance system control stability and promote quality of service for the WSAN energy efficiency, a novel three-step joint optimization algorithm is proposed through control strategy and energy management analysis. First, the optimal sampling interval can be obtained based on energy harvesting, consumption, and remaining conditions. Then, the control gain for each sampling interval is derived by using a backward iteration. Finally, the optimal control strategy is determined as a linear function of the current plant states and previous control strategies. The application of UAV formation flight system demonstrates that better system performance and control stability can be achieved by the proposed joint optimization design for all poor, sufficient, and general energy harvesting scenarios.     

TURBO编码在鲁棒数字水印中的实现方法

在典型的通信系统中,调制过程是数字信号加载在载波的幅度值、载波的频率或者载波的相位上。因此,可以把载体数据看成是一种广义上的传输载体,把水印信息看成是一般数字信息,那么水印的嵌入过程就是一个广义的调制过程。相应地,可以把水印的检测过程看成是一个水印信号的解调过程,就是从宿主载体数据中提取水印信号。Turbo码的译码性能在于循环迭代的译码结构,针对Turbo码译码复杂度非常高的缺点,提出了各种低复杂度的译码算法。为了解决在图像中嵌入大容量水印难度大的问题,设计并实现了一种新的基于TURBO编码的鲁棒性数字水印算法。从TURBO码的编码特征入手,实现了嵌入方式的选择、水印基本模型、水印算法具体的程序实现方法。在对鲁棒性数字水印的基本理论进行分析的基础上,有效地改善了TURBO码数字水印技术中鲁棒性能。     

具有非线性扰动与外部干扰的结构系统鲁棒H∞控制

针对一类具有非线性不确定及外部扰动的结构系统,提出一种基于线性矩阵不等式的鲁棒H∞主动控制策略.当结构系统质量矩阵中存在摄动时,将其描述为一种中立不确定的动态模型系统,通过鲁棒H∞控制方法同时保证了结构系统在模型和参数摄动下以及在控制变量和扰动存在非线性不确定性时的鲁棒稳定.最后通过对一个单自由度建筑结构模型在地震波作用下的主动振动控制仿真证明了该方法的有效性.     

基于PLC的热电厂水循环汽轮机控制系统设计

热电厂水循环给水多采用汽轮机带动给水泵系统,而汽轮机控制则大多使用价格昂贵的进口控制器.西门子S7—200系列PLC[1]价格低廉,并且具有良好的扩展性、丰富的功能模块以及强大的指令系统.利用PLC、电动阀门执行器比较容易地实现对汽轮机的控制.     

自抗扰精密跟踪运动控制器的设计

为了提高非圆车削中快速伺服刀架的跟踪精度和抗干扰性,研制了一种自抗扰控制器。通过对执行机构建模分析,将模型中的非线性部分归结为系统的内扰,将加工过程中切削力干扰归结为系统外扰,设计出相应的扩张状态观测器,对系统内、外扰的总和做出实时估计和补偿。仿真实验表明,自抗扰控制性能优于传统的PID控制。通过DSP(digital signal processor)编程,将自抗扰控制器应用于非圆车削。切削加工试验结果表明,自抗扰控制具有良好的控制品质,快速伺服刀架跟踪精度控制在±5μm以内。     

不确定离散时滞系统的H∞保性能预见控制

针对一类具有凸多面体不确定常参数的离散时间时滞系统,研究其H∞最优保性能预见控制器的设计方法。首先,与以往不同,本文的扩大误差系统仍然保留了时滞,以保证扩大误差系统的状态向量维数不随时滞的增加而增加。其次,针对所构造的扩大误差系统,设计有记忆的状态反馈控制器,并利用线性矩阵不等式方法,导出确保所求控制器存在的条件及该控制器设计的方法。最后,通过建立并求解一个含线性矩阵不等式约束的凸优化问题,给出扩大误差系统的鲁棒H∞保性能控制器,该控制器对于原系统来说就是鲁棒H∞保性能预见控制器。     

搅拌机的分散鲁棒控制

基于鲁棒频域响应近似设计方法与序列控制器设计方法，提出了一种线性多变量系统分散鲁棒控制器的设计过程，在序列控制器设计的每一步，单个鲁棒控制器用鲁棒频域响应近似法获得，并使用频域响应近似法进行控制器降价，整个过程应用于非最小相应搅拌机系统的分散鲁棒控制器设计。     

滞后中立型线性离散系统的鲁棒稳定性分析及衰减速度的估计

给出了滞后中立型线性离散系统按衰减速度ρ稳定的充分判据。对于一类稳定的滞后中立型线性离散系统，通过简单计算得到了其稳定解衰减速度ρ的一个估计。利用所得判据分析了滞后中立型线性离散不确定性系统的鲁棒稳定性，并且给出了两个例子说明了所得的结果。     

带有时滞的离散不确定系统的鲁棒稳定性

考虑了带有时滞的离散不确定系统的鲁棒D-稳定化问题,利用矩阵范数理论给出了系统稳定的充分条件,进而推广了该文的结果.对两类给定结构的控制器,得到了相应的不确定的离散闭环系统的鲁棒D-稳定的充分条件.基于这些条件,给出了相应的鲁棒D-稳定化控制器的设计方法,并举例说明了提出的方法的有效性.     

区域极点约束下不确定系统鲁棒非脆弱H_∞控制

多目标控制是控制系统工程领域近年来的研究热点问题,用于解决在若干个相互矛盾的目标存在的情况下如何得到一个能够满足多方面要求的解决方案.考虑到对闭环系统的鲁棒性、非脆弱性、干扰抑制性能以及动态响应特性等多方面控制目标要求,针对一类含有范数有界参数不确定性的线性系统,研究了其在干扰抑制指标约束以及闭环极点区域共同约束下的鲁棒非脆弱H∞控制问题.以有限能量扰动输入信号到性能评价输出信号之间的L2增益来衡量系统的抗干扰性能,以极点区域约束来改善闭环系统的动态响应特性,控制目标要求在对象和控制器同时存在参数不确定性的情况下,所设计的控制器能够使不确定性系统鲁棒稳定,闭环系统干扰抑制性能指标小于给定上界,并且闭环极点配置于复平面上指定的圆盘区域内.针对控制器增益具有加法式摄动和乘法式摄动的情况,分别以一个线性矩阵不等式(LMI)形式给出了满足设计要求的非脆弱鲁棒H∞控制器的可解性条件.通过数值算例进行控制器设计并对结果进行了深入讨论,分析结果表明了所提方法的有效性.