梁启鹏

个人信息

参与实验室科研项目

基于数据驱动和联合设计的无线网络化控制系统的使能建模和设计

基于资源调度和预测控制的无线网络化控制系统的联合设计

学术成果

共撰写/参与撰写专利 4 项，录用/发表论文 4 篇，投出待录用论文0篇。

patent

1. 一种基于XCOS和NS3的协同仿真时间同步方法 赵云波, 卢帅领, 郝小梅, and 梁启鹏 2024 [Abs] [pdf]

   一种基于XCOS和NS3的协同仿真时间同步方法，包括：安装NS3中协同仿真接口,在NS3中安装套接字服务端程序,定义缓冲区，缓存SCILAB同步数据; 安装SCILAB中协同仿真接口；初始化NS3仿真脚本；新建NS3仿真脚本，在脚本中定义NS3仿真模块，定义初始化函数：节点设置函数、网络拓扑建立函数、信道属性配置函数、网络设备创建函数、网络协议栈安装函数、仿真开始及结束函数，通过NS3协同仿真接口初始化函数传值完成NS3配置；NS3同步机制设计；SCILAB内XCOS控制系统模型搭建；搭建被控对象模型；搭建控制器模型；搭建执行器模型；协同仿真软件间时间同步机制实现；绘制协同仿真结果图；最终实现在网络化控制系统仿真中得到高精度的仿真结果。

2. 一种基于TCP套接字的SCILAB与NS3协同仿真接口方法 赵云波, 卢帅领, 梁启鹏, and 闫文晓 2024 [Abs] [pdf]

   基于 TCP 套接字的 SCILAB 与 NS3 协同仿真接口方法，首先是 SCILAB 和 NS3 软件的安装和配置；编写 SCILAB 接口程序； NS3 内接口程序的编写； SCILAB 内接口编程；编写 SCILAB 联合仿真循环程序，设置步数变量，是循环运行仿真 的次数，设置主循环函数， XCOS 输出数据变量通过扩展程序，发送给 NS3 ，同 时接受 NS3 上次仿真的结果， 存放到文件中 并读取到 SCILAB 工作空间， 作为 XCOS 的输入数据值，启动 XCOS ， XCOS 启动后从 SCILAB 工作空间读取 NS3 发 送的值并开始仿真，将每次运行得到的延迟信息和数据包的值保留下来，结束 循环，分别画出节点的延迟分布图和系统响应图。最终实现在网络化控制系统 仿真中得到高精度的仿真结果。本发明仿真精度高，兼具开源和低成本的优点。

3. 一种基于有扰无线网络化控制系统延时估计逼近控制方法 赵云波, 卢帅领, and 梁启鹏 2022 [Abs] [pdf]

   基于延时估计的控制策略方法，针对有扰无线网络化控制系统，在延时概 率转移矩阵未知的前提下，提出了 EBAC 控制方法。 EBAC 方法采用分段逼近的 策略，将延时概率转移矩阵的估计与控制增益相结合，使控制器增益随概率转 移概率估计的收敛而更新，有效的利用了延时信息。通过更改逼近控制器中的 控制增益更新时刻判断条件，使控制增益在有扰情况下可以持续更新，其次针 对满足分段Markov特性的延时特性，设计了数据包抖动检测模块用以检测延时 特性的突变。利用Markov跳变系统方法得到了保证系统均方最终一致有界的充 分条件，并得到了相应的控制器。最后通过一个实例仿真说明了所设计的控制 策略能在延时转移矩阵未知以及分段Markov特性下保证系统的稳定性。

4. 一种基于有扰无线网络化控制系统延时估计的逼近控制策略方法 赵云波, 卢帅领, and 梁启鹏 [Abs]

   基于延时估计的控制策略方法，针对有扰无线网络化控制系统，在延时概率转移矩阵未知的前提下，提出了EBAC控制方法。EBAC方法采用分段逼近的策略，将延时概率转移矩阵的估计与控制增益相结合，使控制器增益随概率转移概率估计的收敛而更新，有效的利用了延时信息。通过更改逼近控制器中的控制增益更新时刻判断条件，使控制增益在有扰情况下可以持续更新，其次针对满足分段Markov特性的延时特性，设计了数据包抖动检测模块用以检测延时特性的突变。利用Markov跳变系统方法得到了保证系统均方最终一致有界的充分条件，并得到了相应的控制器。最后通过一个实例仿真说明了所设计的控制策略能在延时转移矩阵未知以及分段Markov特性下保证系统的稳定性。

Journal Articles

1. 基于丢包率估计的无线网络化控制系统的逼近控制策略 吴芳, 梁启鹏, 叶睿卿, and 赵云波 高技术通讯 2023 [Abs] [pdf]

   本文针对丢包为分段伯努利过程的无线网络化控制系统进行了控制器设计和稳定性分析。丢包满足分段伯努利过程是指未知丢包率将在未知时刻突变到另一个未知概率上并保持一段时间。针对这一丢包特点,本文提出了基于丢包率估计的逼近控制策略以保证系统稳定性。首先设计了丢包率估计器和逼近控制器,使系统在线估计丢包率,并利用丢包率估计得到控制量。然后为平衡系统性能和网络信道资源设计了信道调度机制。最后设计了丢包率突变检测器使系统自适应丢包率突变。在此基础上得到了保证闭环系统均方最终一致有界的充分条件和控制增益计算方法。数值仿真验证了控制策略的有效性。

2. Estimation Based Approximating Control for Wireless Networked Control Systems Qipeng Liang, Qiaohui Zhu, Yu Kang, and Yun-Bo Zhao J. Univ. Sci. Tech. China 2021 [Abs] [doi] [pdf]

   The control design and system analysis of wireless networked control systems with unknown roundtrip delay characteristics are investigated. An estimation based approximating control strategy is proposed to stabilize the systems by using delay characteristics in a practically feasible way. The strategy first uses a delay transition probability estimator to obtain the delay characteristics estimation by measuring delay data online, and then uses an approximating controller to take advantage of the estimation. On this basis, a packet delay variation detector is designed, making the strategy adaptive to the variation of delay characteristics. The sufficient conditions to ensure the closed-loop system being mean-square uniformly ultimately bounded are given, with also the controller gain design method. The effectiveness of the proposed approach is verified numerically.

Conference Articles

1. Synthesis of Wireless Networked Control System Based on Round-trip Delay Online Estimation Liang Lu, Qipeng Liang, Qiaohui Zhu, and Yun-Bo Zhao In 2020 Chin. Autom. Congr. CAC 2020 [Abs] [doi] [pdf]

   A control design approach with the integration of online delay estimation is proposed for wireless networked control systems (WNCSs) with unknown round-trip delay, which improves control performance in a practically feasible way. We introduce a delay probability estimation unit to obtain the delay characteristics by estimating the delay when the control system is running. We also present a piecewise approximation control strategy to take advantage of the estimation. Furthermore, the control gain is synthesized with stability guarantee. The conditions to ensure the stochastic stability of the closed-loop system are given, and the effectiveness of the proposed approach is verified numerically.

2. Detection of Distracted Driving Based on Multi-Granularity and Middle-Level Features Min Tang, Fang Wu, Li-Li Zhao, Qi-Peng Liang, Jian-Wu Lin, and Yun-Bo Zhao In 2020 Chin. Autom. Congr. CAC 2020 [Abs] [doi] [pdf]

   A so-called MGMN (Multiple-GranularityMiddle Network) algorithm is proposed to improve the detection accuracy of distracted driving, based on multigranularity features and middle-level features. The algorithm is derived from the ResNet50 neural network and is the first time to use multi-granularity features and mid-level features of images in the field of distracted driving detection. The multigranularity feature extraction module consists of three branches: the global branch to learn the global features without local information, the second branch to divide the image level into two parts and later to learn the local features of the upper and lower parts, and the third branch to divide the image level into three parts, and later to learn the local features of the upper, middle and lower parts. By extracting the features of the middle layer of the image, the feature extraction of the algorithm is enriched. While the multi-granularity features are individually input to the cross-entropy loss function, the multi-granularity features of the image and the middle-level features are combined and input into the cross-entropy loss function. The proposed algorithm has an accuracy of 99.8% on the dataset "Districted-DriverDetection" published by State Farm Company, which is 1.5% to 3% higher than existing algorithms, and an improved accuracy of 98.7% on the dataset "AUC-Districted-Driver-Detection".

学位论文

Theses

1. 基于通信特征估计的无线网络化控制系统设计和分析 梁启鹏 浙江工业大学, 杭州 2021 [Abs] [pdf]

   近年来，网络化控制系统由于低成本、高灵活、易维护等特点得到了广泛 的应用。如何解决延时、丢包等通讯限制依旧是网络化控制系统的重要研究方 向。无线网络拓扑灵活、易于受到攻击等特点使其通讯特征相较于有线网络更 为复杂，其中一个重要的表现为无线网络中详细的通讯特征，例如延时概率、 丢包率等难以提前得到。在此情形下的无线网络化控制系统的设计与分析具有 重要的理论和工程意义。 本文对网络通讯特征未知的无线网络化控制系统进行了控制器设计和系统 分析，提出了一种基于通讯特征估计的控制策略。与现有假设网络通讯特征已 知的研究相比，这种策略能在保证系统稳定性的前提下，以一种更为切实可行 的方式利用通讯特征。本文的主要工作包括以下两个方面： (1) 针对闭环延时满足分段马尔可夫过程的无线网络化控制系统， 设计了 基于延时估计的逼近控制策略。该策略包含延时概率估计器、逼近控制器和数 据包延时抖动检测器三部分，延时概率估计器利用在线测量的延时数据得到延 时概率估计，逼近控制器利用实时延时概率估计更新控制增益，在此基础上， 数据包延时抖动检测器使控制策略能自适应延时特性的变化。在设计的控制策 略下，得到了保证无扰控制系统随机稳定的充分条件。然后针对有扰的被控对 象，改造逼近控制器，并得到保证控制系统均方最终一致有界的充分条件。最 后通过数值仿真验证了控制策略的有效性。 (2) 针对丢包满足分段伯努利过程的无线网络化控制系统，提出了基于丢包 率估计的逼近控制策略。在原有策略的基础上设计了信道调度机制，用来平衡 系统性能和网络信道资源。同时为保证系统的稳定性，重新设计逼近控制器。 然后得到了保证闭环系统均方最终一致有界的充分条件和控制增益计算方法。 最后通过数值仿真验证了控制策略的有效性。

毕业去向

杭州海康威视， 软件开发工程师