A review on analysis and synthesis of nonlinear stochastic systems with randomly occurring incomplete information

Copyright q 2012 Hongli Dong et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.In the context of systems and control, incomplete information refers to a dynamical system in which knowledge about the system states is limited due to the difficulties in modeling complexity in a quantitative way. The well-known types of incomplete information include parameter uncertainties and norm-bounded nonlinearities. Recently, in response to the development of network technologies, the phenomenon of randomly occurring incomplete information has become more and more prevalent. Such a phenomenon typically appears in a networked environment. Examples include, but are not limited to, randomly occurring uncertainties, randomly occurring nonlinearities, randomly occurring saturation, randomly missing measurements and randomly occurring quantization. Randomly occurring incomplete information, if not properly handled, would seriously deteriorate the performance of a control system. In this paper, we aim to survey some recent advances on the analysis and synthesis problems for nonlinear stochastic systems with randomly occurring incomplete information. The developments of the filtering, control and fault detection problems are systematically reviewed. Latest results on analysis and synthesis of nonlinear stochastic systems are discussed in great detail. In addition, various distributed filtering technologies over sensor networks are highlighted. Finally, some concluding remarks are given and some possible future research directions are pointed out. © 2012 Hongli Dong et al.This work was supported in part by the National Natural Science Foundation of China under Grants 61273156, 61134009, 61273201, 61021002, and 61004067, the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) of the UK under Grant GR/S27658/01, the Royal Society of the UK, the National Science Foundation of the USA under Grant No. HRD-1137732, and the Alexander von Humboldt Foundation of German

Model Predictive Control for Continuous-Time Singular Jump Systems with Incomplete Transition Rates

This paper is concerned with model predictive control (MPC) problem for continuous-time Markov Jump Systems (MJSs) with incomplete transition rates and singular character. Sufficient conditions for the existence of a model predictive controller, which could optimize a quadratic cost function and guarantee that the system is piecewise regular, impulse-free, and mean square stable, are given in two cases at each sampling time. Since the MPC strategy is aggregated into continuous-time singular MJSs, a discretetime controller is employed to deal with a continuous-time plant and the cost function not only refers to the singularity but also considers the sampling period. Moreover, the feasibility of the MPC scheme and the mean square admissibility of the closed-loop system are deeply discussed by using the invariant ellipsoid. Finally, a numerical example is given to illustrate the main results

Robust Controller for Delays and Packet Dropout Avoidance in Solar-Power Wireless Network

Solar Wireless Networked Control Systems (SWNCS) are a style of distributed control systems where sensors, actuators, and controllers are interconnected via a wireless communication network. This system setup has the benefit of low cost, flexibility, low weight, no wiring and simplicity of system diagnoses and maintenance. However, it also unavoidably calls some wireless network time delays and packet dropout into the design procedure. Solar lighting system offers a clean environment, therefore able to continue for a long period. SWNCS also offers multi Service infrastructure solution for both developed and undeveloped countries. The system provides wireless controller lighting, wireless communications network (WI-FI/WIMAX), CCTV surveillance, and wireless sensor for weather measurement which are all powered by solar energy

Stabilization of Continuous-Time Random Switching Systems via a Fault-Tolerant Controller

This paper focuses on the stabilization problem of continuous-time random switching systems via exploiting a fault-tolerant controller, where the dwell time of each subsystem consists of a fixed part and random part. It is known from the traditional design methods that the computational complexity of LMIs related to the quantity of fault combination is very large; particularly system dimension or amount of subsystems is large. In order to reduce the number of the used fault combinations, new sufficient LMI conditions for designing such a controller are established by a robust approach, which are fault-free and could be solved directly. Moreover, the fault-tolerant stabilization realized by a mode-independent controller is considered and suitably applied to a practical case without mode information. Finally, a numerical example is used to demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed methods

Design methods for networked control systems with unreliable channels focusing on packet dropouts

Texto completo descargado en TeseoLos sistemas de control a través de redes se han convertido en un área importante dentro de la comunidad de control, lo cual es debido a su bajo coste y a la flexibilidad de sus aplicaciones. Los sistemas de control a través de redes (NCSs) se componen de sensores, actuadores y controladores; las operaciones entre ellos se coordinan a través de una red de comunicación. Típicamente, estos sistemas están espacialmente distribuidos, y pueden funcionar de manera asíncrona, pero sus operaciones han de estar coordinadas para conseguir los objetivos deseados. En este resumen se presenta una perspectiva general de los NCSs, y en particular, los casos específicos en los que se ha basado esta tesis, abordando los temas principales relacionados con NCS, con todos los problemas y ventajas asociados, se describen en este resumen. Por último, se presenta un índice de la tesis con sus contribuciones más relevantes. - Introducción a los Sistemas de Control a través de Red Los Sistemas de Control a través de Red (NCSs) son sistemas espacialmente distribuidos donde la comunicación entre plantas, sensores, actuadores y controladores se realiza a través de una red de comunicación. La complejidad en el diseño y la realización, el coste del cableado, la instalación y el mantenimiento pueden ser reducidos drásticamente incluyendo una red de comunicación. Sin embargo, las redes de comunicación en los sistemas también traen algunos incovenientes como los retrasos y la pérdida de datos, los errores de codificación, etc. Estos incovenientes pueden ser la causa de la de la degradación del comportamiento del sistema e incluso causar su desestabilización. Hoy en día, hay un gran número de situaciones prácticas en las que el uso de redes de comunicación para el control son necesarias para aplicaciones o procesos de control en ingeniería. Algunos ejemplos son: Situaciones en las que el espacio y el peso están limitados. Situaciones en las que las distancias a considerar son grandes. Aplicaciones de control donde el cableado no es posible. El uso de redes de comunicación digitales proporciona también algunas ventajas: La complejidad en el cableado en conexiones punto a punto se reduce mucho, así como el coste. Además, los costes de instalación pueden reducirse también drásticamente. La reducción en la complejidad del cableado hace mucho más fácil el diagnóstico y el mantenimiento del sistema, dando lugar a un ahorro en el coste debido a que la instalación y el funcionamiento tienen una eficiencia mayor. Los NCSs son flexibles y reconfigurables. Fiabilidad, redundancia y robustez ante los fallos. Los NCSs proporcionan modularidad, control descentralizado y diagnósticos integrados. Todas estas ventajas sugieren que los NCSs jugarán un papel principal en un futuro cercano, siendo un área de investigación muy prometedora. - Objetivos de la tesis La idea general de esta tesis es proponer algunas soluciones novedosas a diferentes problemas relacionados con NCSs. Todos los problemas considerados son típicos dentro del marco del control a través de redes, considerándose principalmente el de las pérdidas de paquetes en la transmisión de datos. Dentro del contexto de sistemas con pérdida de paquetes, se han estudiado diferentes problemas. Para obtener soluciones diferentes para este tipo de sistemas, se han considerado los siguientes objetivos: Diseño de controladores. Controladores Hinf, que consigan la robustificación de sistemas con incertidumbres. Controladores MPC, combinados con estrategias de buffer. Diseño de filtros. Filtros Hinf para sistemas con incertidumbres, usando técnicas frecuenciales y cadenas de Markov. Diseño de algoritmos. Localización dinámica de un control distribuido en una red formada por una estructura matricial de nodos. Localización dinámica del estimador de la salida del sistema, en una red formada por una estructura lineal de nodos. Estimación distribuida cooperativa. Basada en observadores locales de Luenberger. - Conclusiones Uno de los objetivos de esta tesis ha sido el análisis de la estabilidad y comportamiento de sistemas bajo control. En algunos casos, el diseño se ha realizado imponiendo restricciones en cuanto a la estabilidad. La robustificación de sistemas, en particular la de aquellos con incertidumbres, ha sido también tenida en cuenta. Las técnicas de control Hinf se han usado en los casos de análisis y diseño de sistemas de control. Otro objetivo importante de esta tesis ha sido el diseño de algoritmos para una red dinámica, la cual está compuesta por cierta estructura de nodos. El algoritmo es capaz de decidir qué nodo será el controlador o el estimador de la salida del sistema en la red. La estabilidad y el comportamiento del sistema de control ha sido analizado. También se ha abordado el diseño de estimación y esquemas distribuidos. Se han considerado redes que introducen retrasos temporales, junto con pérdidas aleatorias. La reducción en el consumo de energía ha sido un objetivo importante en esta parte de la tesis. En este caso, se ha examinado una política de comunicación entre agentes basada en eventos, la cual da lugar a un compromiso entre el comportamiento del sistema y los ahorros en la comunicación

Adaptive Fault-Tolerant H

In this paper, an indirect adaptive fault-tolerant H∞ controller design method is proposed for networked systems in the presence of actuator saturation. Based on the on-line estimation of eventual faults, the parameters of controller are being updated automatically to compensate the fault effects on systems. The designs are given in linear matrix inequalities (LMIs) approach, which can guarantee the disturbance tolerance level and adaptive H∞ performances of networked systems in the cases of actuator saturation and actuator failures. An example is given to illustrate the efficiency of the design method

Adaptive Fault-Tolerant ∞ Controller Design for Networked Systems with Actuator Saturation

In this paper, an indirect adaptive fault-tolerant ∞ controller design method is proposed for networked systems in the presence of actuator saturation. Based on the on-line estimation of eventual faults, the parameters of controller are being updated automatically to compensate the fault effects on systems. The designs are given in linear matrix inequalities (LMIs) approach, which can guarantee the disturbance tolerance level and adaptive ∞ performances of networked systems in the cases of actuator saturation and actuator failures. An example is given to illustrate the efficiency of the design method