Embedded Model Control of Networked Control Systems: an Experimental Case-study -- Stability analysis and further results
在网络化控制系统（NCS）中，由于回路中缺少物理通信链路，导致了测量延迟和控制命令异步执行等问题。这些问题可能会导致不必要的控制行为。这篇ArXiv论文旨在为“网络控制系统的嵌入式模型控制：实验案例研究”中提出的工作提供额外的结果。最后一个提出了一种新颖的方法，基于嵌入式模型控制，以处理异步控制时序为特征的实验场景。所提出的方法的有效性证明了与差动驱动机器人，首先与高保真度的模拟，最后与几个实验测试。具体而言，目前的工作旨在研究的EMC实验装置的稳定性分析，并给出进一步的实验结果，以补充那些在主要文件中，“嵌入式模型控制的网络控制系统：实验案例研究”。
2022-11-15 cs.SY eess.SY
Joint Cross-layer Optimization in Real-Time Networked Control Systems
网络化控制系统是指在通信网络上形成的一组闭环控制回路。在这篇文章中，联合操作的控制和网络的NCS的研究，其中网络服务的传感器到控制器的通信链路的多个随机线性时不变（LTI）的子系统。传感器根据观察到的植物状态对数据包进行采样，并通过共享的多跳网络发送数据包。网络具有有限的通信资源，需要将其分配给竞争链路以支持适当的控制环路操作。在这个设置中，我们制定了一个优化问题，以最大限度地减少加权和线性二次高斯（LQG）的所有循环的成本，考虑到允许的采样，控制，拥塞控制和调度策略。在控制回路和通信网络的采样频率的一些温和的假设下，我们找到了联合最优解由确定性等价控制与基于阈值的采样策略，以及一个简单的通过拥塞控制的背压型调度器。网络和控制回路之间的接口被识别为传感器节点的缓冲器状态，从控制的角度来看，这可以被解释为用于采样数据包的网络价格。我们验证了我们的理论主张，通过模拟网络控制系统，包括多个LTI随机控制回路在两跳蜂窝网络通信。
2019-10-10 cs.SY eess.SY
Robustness Analysis of Networked Control Systems with Aging Status
信息时代（AoI）作为一个新兴的通信系统的度量标准，已被推导出具有不可靠的信息链路的网络控制系统的关键影响。本文建立了一种新的松约束控制系统中断概率模型，并进行了数值仿真验证。
2020-02-10 cs.IT cs.SY eess.SY
Cyber-Resilient Self-Triggered Distributed Control of Networked Microgrids Against Multi-Layer DoS Attacks
分布式电源高度渗透的网络化微电网具有无处不在的远程信息交换，可能会受到各种网络安全威胁。本文首次解决了网络化微电网中频率同步方面的共识问题，该问题受到多层拒绝服务（DoS）攻击，这可能同时影响通信，测量和控制驱动通道。提出了数据流持久性（PoDF）的统一概念，用于描述不同信息网链路上的数据不可用性，并进一步量化了多层拒绝服务攻击对层次系统的影响。利用PoDF，我们给出了拒绝服务攻击的一个充分条件，在该条件下，基于边的自触发分布式控制框架可以保持一致性.此外，为了减轻离线设计的保守性对最坏情况下的攻击，在所有代理，在线自适应方案的控制参数的开发，以充分利用所有数据传输通道的最新可用信息。最后，通过典型案例验证了所提出的网络弹性自触发分布式控制的有效性.
2022-12-11 cs.SY eess.SY
Fuzzy-based Robust Precision Consensus Tracking for Uncertain Networked Systems with Cooperative-Antagonistic Interactions
在非线性多智能体系统的二分一致性跟踪（BCT）任务中，随机干扰和执行器故障被认为是影响有效控制器设计和跟踪精度提高的重要因素.为了解决这些困难，我们设计了一个改进的有限时间性能函数（FTPF）的模糊容错分布式协同控制方案，实现有限时间鲁棒精度BCT任务的非线性多智能体系统。改进后的FTPF的参数选择范围放宽，使系统获得更好的瞬态性能。利用随机李雅普诺夫稳定性理论，证明了系统的所有信号在概率上是半全局一致最终有界的，并且二部一致误差在预定时间内可以满足任意精度的概率.最后，为了验证其有效性，所提出的控制方案被应用到一组车辆的BCT任务，表现出预期的控制性能在各种不确定性。
2022-04-16 cs.SY eess.SY nlin.AO
A Probabilistic Characterization of Random and Malicious Communication Failures in Multi-Hop Networked Control
Tokyo Institute of Technology（东京工业大学）
本文研究了多跳网络上线性离散时间动态系统的控制问题，通过传输失败率的渐近尾概率界限来刻画网络链路和路径，以及整个网络，从而考虑相互依赖的多个故障和协调的恶意攻击，得出网络控制系统稳定的充分条件。
2018-09-21 cs.SY eess.SY
Adaptive Online Model Update Algorithm for Predictive Control in Networked Systems
提出一种利用实时数据更新模型的自适应在线算法，用于网络系统预测控制，降低通信带宽并适应扰动，经IEEE测试案例验证性能提升。
2024-07-17 cs.SY eess.SY
Effect of Graph Gluing on Consensus in Networked Multi-Agent Systems
California State University-Sacramento（加州州立大学萨克拉门托分校）
研究图粘合操作对多智能体网络系统性能的影响，分析连接策略与代数连通性之间的关系，通过仿真验证理论成果。
2026-07-27 cs.MA cs.SY eess.SY
D-SVM over Networked Systems with Non-Ideal Linking Conditions
Semnan University（塞姆南大学）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）；Iran Telecom research Center（伊朗电信研究中心）
本文针对链路存在对数量化、限幅等奇扇形有界非线性的多智能体网络，提出连续时间分布式SVM优化动力学，利用矩阵扰动理论证明其收敛性，并给出比线性情形更紧的梯度跟踪步长条件。
2023-04-13 cs.LG cs.SY eess.SY
A Jointly Optimal Design of Control and Scheduling in Networked Systems under Denial-of-Service Attacks
本文研究了网络控制系统在随机拒绝服务（DoS）攻击下的控制与调度联合设计问题。传感器对系统输出进行测量，并通过分组丢弃链路将其动态状态估计转发给远程控制器。控制器使用它接收的估计来确定过程的最优控制律。攻击者的目标是通过对传感器-控制器通道进行拒绝服务攻击来增加数据包丢失率，从而降低控制性能。我们假设控制者和攻击者在博弈论意义上都是理性的，并建立了一个部分可观测的随机博弈来推导调度和控制的最优联合设计。使用动态规划，我们证明了控制和调度策略可以单独设计，而不牺牲最优性，使问题相当于一个完整的信息博弈。我们采用纳什Q学习来解决这个问题，并证明了解决方案是保证构成一个$ε$ -纳什均衡。数值例子来说明控制性能和通信成本之间的权衡。
2022-04-11 cs.SY eess.SY
Delay-sensitive Joint Optimal Control and Resource Management in Multi-loop Networked Control Systems
在网络化的控制系统的操作中，其中多个过程共享资源有限且时变成本敏感的网络，通信延迟是不可避免的，并且主要受以下因素影响：首先，控制系统部署间歇传感器采样以通过限制非紧急传输来降低通信成本，其次，网络执行资源管理以最小化过多业务并最终最小化数据丢失。在异构场景中，控制系统可能仅容忍特定级别的传感器到控制器延迟，在控制和网络策略的设计中需要考虑延迟敏感性，以实现期望的性能保证。我们提出了一个跨层的控制，采样和资源管理策略的NCS组成的多个随机线性时不变系统，关闭其传感器到控制器的循环在一个共享的网络的最优协同设计。与先进的通信技术相结合，我们假设网络提供了一系列的延迟变化的传输服务，给定的价格。本地采样器决定要么支付更高的成本来访问低延迟通道，要么以较低的价格延迟发送状态样本。位于网络数据链路层中的资源管理器仲裁信道接入，并且如果链路容量被超过则重新分配资源。局部闭环系统的性能是由线性二次高斯成本和适当的通信成本的组合来衡量的，总体目标是最小化所有三个决策者定义的社会成本。我们得出最佳的控制，采样和资源分配政策下不同的跨层意识模型，包括常数和时变参数，并表明，更高的意识通常会导致性能增强的代价较高的计算复杂度。
2020-07-15 cs.SY eess.SY
Where to Put Safety? Control Barrier Function Placement in Networked Control Systems
TU Munich（慕尼黑工业大学）
研究网络化控制系统中控制障碍函数（CBF）的放置位置，比较本地短视CBF滤波器和远程MPC中预测性CBF约束的安全策略，提出结合两者的架构。
2026-06-29 cs.SY eess.SY
On the Complexity of Minimum-Cost Networked Estimation of Self-Damped Dynamical Systems
在本文中，我们考虑的最优设计的网络估计器，以最小化的通信/测量成本下的网络可观性约束。这个问题被称为最小成本网络估计问题，通常被认为是NP难的。这项工作的主要贡献是提供一个多项式阶的解决方案，这个问题的约束下，基本的动力系统是自阻尼。使用结构分析，我们将主要问题细分为两个NP难的子问题，即（i）最优传感器选择和（ii）最小成本通信网络。对于自阻尼动力系统，我们给出了子问题（i）的多项式阶解。此外，我们表明，子问题（ii）是多项式阶的复杂性，如果在通信网络中的链接是双向的。我们提供了一个说明性示例来解释这些方法。
2019-11-26 cs.MA cs.SI cs.SY
Optimal Infinite Horizon Decentralized Networked Controllers with Unreliable Communication
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Southern California（南加州大学）
本文研究了由远程控制器和线性被控对象组成的分布式网络控制系统，通过不可靠上行信道与远程控制器通信，提出在链路失效概率低于临界阈值时，最优策略由耦合Riccati递推关系决定。
2018-06-18 cs.SY eess.SY math.OC
Structural Controllability of Networked Relative Coupling Systems
从结构的角度研究了网络化相对耦合系统（NRCS）的能控性问题，其中子系统具有固定的高阶线性动力学，且通过依赖于相邻子系统的相对变量进行耦合.目的是探索子系统动力学和网络拓扑的条件，在该条件下，对于几乎所有的子系统相互作用链路的权重，相应的数值NRCS是可控的，这被称为结构可控的。考虑了三种子系统交互方式：1）每个子系统为单输入单输出（SISO）; 2）每个子系统为多输入多输出（MIMO），且两个子系统之间所有信道的权值相同; 3）每个子系统为MIMO，但两个子系统之间不同信道的权值不同。{We证明了在某些必要的连通性条件下，NRCS的所有参数相关模式都是一般可控的。然后，我们推导出必要和/或充分条件的结构可控性依赖于子系统动力学和网络拓扑的连通性在一个解耦的形式为所有的三种相互作用方式。我们还扩展了我们的结果，以处理某些子系统的不均匀性，并展示了它们在一些实际系统，包括质量弹簧阻尼器系统和电力网络的直接应用。
2021-01-26 cs.SY eess.SY
Networked Control Systems Secured by Quantum Key Distribution
Tsinghua University（清华大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology（北京信息科学与技术国家研究中心）
本文提出利用量子密钥分发技术提升网络控制系统隐私和安全，通过简单算法减少时延，结合卡尔曼滤波协议提高安全性与性能。
2018-05-23 cs.SY eess.SY quant-ph
AoI-based Finite Horizon Scheduling for Heterogeneous Networked Control Systems
信息年龄（AoI）测量接收器处的信息新鲜度。AoI可以提供对通信系统中的服务质量的洞察。为此，它已被用作无线通信协议的跨层度量。在这项工作中，我们采用AOI计算罚函数的集中式资源调度问题。我们考虑一个单一的无线链路共享多个，异构控制系统，其中每个子系统具有随时间变化的数据包丢失概率。子系统正在争夺网络资源，以提高其远程估计过程的准确性。为了应付无线链路的动态变化的条件下，我们定义了一个有限的地平线年龄惩罚最小化问题，并提出了一个调度器，通过寻找$H$槽到未来的最佳决策。所提出的算法有一个最坏的情况下的复杂度与$H$呈指数增长。然而，通过缩小我们的搜索空间在约束的动作集，我们能够显着降低复杂性，而不会失去最优性。相反，我们通过模拟表明，增加$H$ w.r.t.远程状态估计性能在某一$H$值之后减小。
2020-05-05 cs.IT cs.SY eess.SY
Data-Driven Switched State Estimation with Sparse Sensor Scheduling for Nonlinear Networked Systems
University of Calabria（卡拉布里亚大学）
针对未知非线性网络系统，提出数据驱动框架，通过在线分段线性化和4SID辨识构建切换模型，结合Procrustes对齐和凸优化设计稀疏观测器，在18链路交通网络上验证了高精度估计与传感器数量减少。
2026-09-28 cs.SY eess.SY
Consensus-based Networked Tracking in Presence of Heterogeneous Time-Delays
我们提出了一个分布式（单）目标跟踪方案的基础上，在静态传感器网络的网络估计和共识算法。跟踪部分是基于我们以前的工作中提出的线性到达时间差（TDOA）测量。本文，特别是开发了延迟容忍分布式过滤解决方案，稀疏数据传输网络。我们假设一般任意异质延迟在不同的链接。这可能发生在许多现实的大规模应用中，其中不同节点之间的数据共享由于通信资源约束或大型空间分布式传感器网络而受到延迟。我们在这项工作中提出的解决方案在这种情况下表现出更好的性能（通过理论和模拟验证）。这种分布式方案的另一个优势是可以添加本地化的故障检测和隔离（FDI）策略以及可生存的图论设计，这为这项研究开辟了许多后续场所。据我们所知，没有这样的延迟容忍分布式线性算法给出在现有的分布式跟踪文献。
2023-02-15 cs.SY eess.SP eess.SY
Event-triggered Learning for Resource-efficient Networked Control
Max Planck Institute for Intelligent Systems（马克斯·普朗克智能系统研究所）；University of Bonn（波恩大学）；Fraunhofer SCAI（弗劳恩霍夫SCAI研究所）
本文提出事件触发学习作为一种新概念，通过检测通信性能不佳时触发识别实验并从数据中学习改进的预测模型，从而进一步减少通信开销，提升系统在变化环境中的鲁棒性。
2018-09-27 cs.SY eess.SY stat.ML
A Passivity-Based Design for Stability and Robustness in Event-Triggered Networked Control Systems with Communication Delays, Signal Quantizations and Packet Dropouts
University of Notre Dame（圣母大学）
本文提出基于输入前馈输出反馈被动系统概念的事件触发网络化控制系统设计框架，考虑通信延迟、信号量化和数据丢失的影响，实现有限增益L2稳定性与鲁棒性，降低通信速率并分析系统稳定性、鲁棒性与被动性之间的关系。
2017-03-24 cs.SY eess.SY math.DS
Neighbourhood conditions for network stability with link uncertainty
本文针对链路不确定性网络提出基于邻域的积分二次约束条件，实现分散式鲁棒稳定性分析，并通过数值示例证明其比逐链路条件保守性更低。
2024-09-04 cs.SY eess.SY math.DS
Secure state estimation over Markov wireless communication channels (extended version)
本文研究了无线网络控制系统中具有防窃听保密性的状态估计。具体而言，传感器通过合法的用户链路将系统状态信息发送到估计器，并且窃听者通过其独立于用户链路的链路偷听这些数据。每个连接可能受到分组丢失的影响，并且由有限状态马尔可夫信道（FSMC）建模，FSMC是广泛用于设计无线通信系统的抽象。本文提出了FSMCs上最优均方期望保密的新概念，并设计了一个要求用户均方估计误差（MSE）有界而窃听者MSE无界的保密参数。我们说明了一个例子的倒立摆的手推车，其参数估计远程无线链路暴露给窃听者。
2022-09-12 cs.SY eess.SY
Investigating the effect of edge modifications on networked control systems
本文研究网络化控制系统边修改的影响，通过传递函数公式用$\text{H}_\text{inf}$、$\text{H}_2$范数量化效果，推导不同网络场景下的范数计算方法与界，为系统性能优化提供理论支撑。
2020-07-27 cs.SY eess.SY math.OC
Safe Networked Robotics with Probabilistic Verification
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
针对网络化机器人因通信延迟导致安全属性违反的问题，提出基于形式化验证构建运行时防护盾的方法，能提供安全动作列表并以期望概率满足安全约束，在F1/10车辆上验证了有效性。
2024-12-04 cs.FL cs.RO cs.SY
A Passivity Framework for Modeling and Mitigating Wormhole Attacks on Networked Control Systems
University of Washington（华盛顿大学）
本文提出基于被动性理论的框架，用于建模和缓解网络化控制系统中的蠕虫洞攻击，分析了攻击对网络流量和延迟的影响，并通过仿真实验展示了通过选择性丢弃控制包可减轻蠕虫洞攻击带来的干扰。
2013-12-05 cs.CR cs.NI cs.SY
Improved stability conditions for systems under aperiodic sampling: model- and data-based analysis
非周期采样下的离散时间系统可以作为信息物理和网络控制系统中出现的大量问题的建模抽象。最近，基于模型和数据的稳定性条件，这样的系统得到重写它们作为一个线性时不变系统和延迟算子的互连，随后，执行一个强大的稳定性分析，使用已知的约束上的增益，这个操作。在本文中，我们改进这种方法：首先，我们表明，延迟算子是输入前馈被动的，第二，我们准确地计算其增益。基于这些研究结果，我们得到改进的稳定性条件的情况下，充分的模型知识，只有数据可用。在后者中，我们只需要一个有限长度和潜在的噪声状态输入轨迹的未知系统。在两个例子中，我们说明了现有的建议的稳定性条件的保守性降低。
2021-10-27 cs.SY eess.SY
Path Planning Optimisation for SParse, AwaRe and Cooperative Networked Aerial Robot Teams (SpArC-NARTs): Optimisation Tool and Ground Sensing Coverage Use Cases
Institute for Systems and Robotics（系统与机器人研究所）
本文提出了一种用于稀疏、感知和协作网络化空中机器人团队的路径规划工具，通过考虑环境信息、能量限制和通信约束，优化任务目标并提升群体协作效率。
2026-07-21 cs.RO cs.SY eess.SY
System-level Analysis of Dual-Mode Networked Sensing: ISAC Integration & Coordination Gains
本文研究了双模式网络感知中ISAC集成与协调增益，通过多站和单站感知结合，提高了感知覆盖概率和通信吞吐量。
2025-12-04 cs.IT cs.SY eess.SY
Transformer-Based Multi-Agent Reinforcement Learning for Networked Systems with Long-Range Interactions
Department of Electrical and Computer Engineering, Carnegie Mellon University（电气与计算机工程系，卡内基梅隆大学）
研究针对现有多智能体强化学习在处理长程交互及网络泛化性上的局限，提出均值场稳定性分析等，贡献了基于Transformer的STACCA框架，提升了在相关网络控制任务中的性能与泛化性。
2026-07-07 cs.LG cs.MA cs.SY
Feedforward PID Control of Full-Car with Parallel Active Link Suspension for Improved Chassis Attitude Stabilization
PID控制通常用于主动悬架系统中以实现期望的底盘姿态，其中，由于延迟，反馈信息很难调节侧倾和俯仰行为以及稳定底盘姿态，这可能导致当车辆以大的纵向速度转向时的侧翻。为了解决反馈延迟在底盘姿态稳定的问题，在本文中，前馈控制策略，提出了一个以前开发的PID控制方案相结合，在最近推出的并联主动悬架（PALS）。数值模拟与非线性多体车辆模型进行，其中一组ISO驾驶演习进行了测试。结果表明，基于前馈的控制方案相比，传统的PID控制，具有更快的收敛速度，在制动转弯和步骤转向机动，和幸存的鱼钩机动（虽然显示两轮抬离）与50英里每小时的机动入口速度，在传统的PID控制翻转。
2022-03-08 cs.SY eess.SY
Integral quadratic constraints for asynchronous sample-and-hold links
提出了一类异步采样保持算子的模型，该算子在嵌入式和网络化系统的分析中是相关的。该模型是由相应的时变输入输出延迟的特性参数化。输出端零阶保持更新事件的时序与输入端可能的非周期性采样事件之间关系的不确定性意味着延迟并不总是重置为固定值。这与在输出更新时延迟间歇性地重置为零的研究充分的同步情况不同。主要结果提供了一个家庭的积分二次约束，涵盖了所提出的模型。为了证明这一结果的应用，强大的$\mathbf{L}_2$稳定性和性能证书设计的异步采样数据实现的反馈环周围给定的线性时不变的连续时间开环动态。最后给出了数值算例。
2020-01-01 cs.SY eess.SY math.OC
Reduction of the Beam Pointing Error for Improved Free-Space Optical Communication Link Performance
自由空间光通信作为一种低功耗、低成本和高数据速率的射频通信的替代方案正在中短程应用中出现。然而，它需要发射器和接收器之间的近视距链路。针对弱湍流条件下自由空间光学光束指向误差系统，提出了一种鲁棒$\cHi$控制律。目标是保持发射器-接收器线，这意味着光束的中心尽可能接近接收孔径的中心，在规定的干扰衰减水平内。首先，我们推导出一个增广的非线性离散时间模型的指向误差损失，由于弱大气湍流引起的失调。然后，我们调查的$\cHi$范数优化问题，保证闭环指向误差是稳定的，并确保规定的弱干扰衰减。此外，我们评估了闭环中断概率误差和误比特率（BER），量化的衰落信道中的自由空间光通信性能。最后，本文的结论与所提出的方法的FSO链路的错误性能的数值模拟。
2021-02-09 cs.SY eess.SY
Controller-jammer game models of Denial of Service in control systems operating over packet-dropping links
School of Engineering and IT, University of NSW at the Australian Defence Force Academy（新南威尔士大学澳大利亚国防军学院工程与信息科技学院）；Department of Aerospace Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校航空航天工程系）
本文提出了一种零和博弈模型，用于网络控制系统中拒绝服务攻击场景，分析干扰者通过最优策略切换攻击植物，并推导出 saddle-point 均衡条件及多阶段游戏中的贪心干扰策略。
2017-06-05 cs.SY eess.SY math.OC
Model-Free Active Input-Output Feedback Linearization of a Single-Link Flexible Joint Manipulator: An Improved ADRC Approach
Electrical Engineering Department（电气工程系）；College of Engineering, Baghdad University（巴格达大学工程学院）
本文提出了一种基于改进主动扰动抑制控制（IADRC）范式的无模型主动输入输出反馈线性化（AIOFL）技术，用于设计具有已知相对次数的非线性系统的反馈线性化控制律，通过改进非线性扩展状态观测器（INLESO）估计广义扰动并结合改进非线性状态误差反馈（INLSEF）生成名义控制律，实现实时消除所有不需要的动力学、外源扰动和系统不确定性，将系统转化为积分链，仅需非线性系统的相对次数信息，并通过李雅普诺夫函数分析证明了系统的渐近稳定性。
2019-06-30 cs.RO cs.SY eess.SP
Distributed Allocation and Resource Scheduling Algorithms Resilient to Link Failure
针对链路故障、丢包、时延和间歇连通问题，提出基于图论与网络渗流理论的弹性分布式资源分配算法，保证全程可行、鲁棒收敛并在一致连通网络下达到最优。
2025-10-21 cs.DC cs.MA cs.SY
Fast-Convergent Dynamics for Distributed Allocation of Resources Over Switching Sparse Networks with Quantized Communication Links
Aalto University（阿尔托大学）；Semnan University（塞姆南大学）；University of Cyprus（塞浦路斯大学）；Georgia State University（佐治亚州立大学）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Tufts University（塔夫茨大学）
本文提出了网络动力学来解决时变多智能体网络上的资源分配问题。每个代理的状态表示所使用的资源量（或所产生的实用程序），而资源总量是固定的。其思想是在固定的资源总量下，通过最小化总代价函数来优化资源分配。每个智能体的信息被限制在它自己的状态和代价函数和它的直接内邻居的。这是由分布式应用，如移动边缘计算，经济调度智能电网，和多代理覆盖控制。这项工作提供了一个快速收敛的解决方案（与线性动力学相比），同时考虑宽松的网络连接与量化的通信链路。所提出的动态切换（可能断开）无向网络达到最优解，只要他们的工会在一些有界的非重叠的时间间隔有一个生成树。我们证明了解决方案的可行性，最优状态的唯一性，并收敛到最优值下提出的动态，其中的分析是适用于类似的一阶分配动态具有强烈的符号保持非线性，如致动器饱和。
2022-07-25 cs.LG cs.MA cs.SI
