基于預(yù)測控制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時延補償控制策略研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCS)具有可實現(xiàn)資源共享、安裝與維護(hù)方便、遠(yuǎn)程操作與控制以及可靠性高等優(yōu)點,在工業(yè)過程控制、航空航天、機器人、遠(yuǎn)程教學(xué)與遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域存在廣泛的應(yīng)用。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)通信速率的限制,NCS中的信息在相互交換過程中不可避免地會存在網(wǎng)絡(luò)時延問題,而時延會對NCS的性能造成不利的影響。因此,如何削弱網(wǎng)絡(luò)時延對NCS性能造成的不利影響,探索一種先進(jìn)的控制策略具有重要的理論意義

2、和應(yīng)用價值。
　　 本課題依托山東省自然科學(xué)基金項目:工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)同步控制性能及控制策略研究(ZR2009GM027)。通過對國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域大量文獻(xiàn)的分析和研究,在對NCS中網(wǎng)絡(luò)時延的特性進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上,提出一種基于廣義預(yù)測控制(Generalized Predictive Control,GPC)的網(wǎng)絡(luò)時延補償策略,用來削弱網(wǎng)絡(luò)時延對NCS性能造成的不利影響。
　　 為了分析網(wǎng)絡(luò)時延對NCS性能的影響,利用“

3、TrueTime工具箱建立了一個采用PID算法控制直流電機的NCS仿真模_型,分別對存在不同時延大小情況下的NCS的控制性能進(jìn)行仿真研究。研究結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)時延的存在會對NCS的性能造成不利的影響,過大的時延甚至?xí)筃CS變得不穩(wěn)定。
　　 在對GPC算法原理進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上,為了研究GPC算法對存在時延和模型失配問題的NCS控制性能的調(diào)節(jié)作用,建立了NCS的GPC仿真模型,對GPC算法在不同時延和不同模型失配程度下對NCS的

4、控制性能進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明,GPC算法對存在固定時延的NCS具有良好的控制性能,但對存在隨機時延的NCS控制效果較差。研究結(jié)果還表明GPC算法對存在一定模型失配范圍內(nèi)的NCS仍具有較好的控制效果,對模型失配的魯棒性較強,但對因隨機時延抖動而引起的模型失配問題的NCS控制效果較差,為此提出采用測量網(wǎng)絡(luò)平均時延并將其引入GPC控制器預(yù)測模型中的方法來減弱模型失配問題,仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性。
　　 針對單純采用GPC

5、算法無法保證對存在隨機時延的NCS具有良好控制性能的問題,提出了一種GPC算法與時延補償器相結(jié)合的時延補償策略。該策略既包含GPC算法多步預(yù)測的特點,又具備時延補償器可以選擇出最合適的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的優(yōu)勢,可以有效地削弱網(wǎng)絡(luò)中不確定時延對NCS性能造成的不利影響。分別對不同隨機時延情況下該策略的控制效果進(jìn)行仿真研究,研究結(jié)果表明,該策略在不同隨機時延情況下均能取得較好的補償控制效果,保證了NCS具有良好的控制性能。
　　 在對GP