Modeling, Analysis, and Design of Networked Control Systems using Jump Linear Systems (Modellierung, Analyse und Entwurf vernetzter Regelsysteme mithilfe schaltender Systeme)

Based on recent results from the literature, we give an introduction on modeling, analysis, and design of networked control systems (NCS) using a jump linear system (JLS) formulation. In particular, we consider linear, discrete-time models with a packet-switched communication channel between the sensors and the controller. We assume that the packet-delay and drop-out in the channel can be modeled with independent, identically distributed random processes or Markov chains. With this assumption, we reformulate the problem as a jump system and present both stability conditions and three different controller design algorithms. These results are taken from the literature except for one controller design procedure which is new and has the advantage of giving a fast solution at the expense of higher conservatism. Finally, all design algorithms are illustrated and compared, based on a common simulation example.

Dieser Artikel gibt eine Einführung in die Modellierung, Analyse und den Entwurf vernetzter Regelsysteme mithilfe schaltender Systeme. Wir betrachten lineare, zeitdiskrete Systeme, deren Sensoren über ein paketvermittelndes Netzwerk mit dem Regler verbunden sind. Dabei wird angenommen, dass die Paketverzögerungen sowie der Paketverlust als unabhängig, identisch verteilte Zufallsprozesse oder als Markov-Ketten modelliert werden können. Mit dieser Annahme können wir das Problem als schaltendes System formulieren, für das dann Stabilitätsbedingungen sowie drei Reglerentwurfsverfahren vorgestellt werden. Zwei der drei Entwurfsverfahren wurden aus der Literatur übernommen, eines ist neu und liefert schneller einen stabilisierenden Regler, ist allerdings auch konservativer. Zum Schluss werden alle drei Algorithmen anhand eines gemeinsamen Simulationsbeispieles verglichen.