網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,控制系統(tǒng)研究的一個明顯發(fā)展趨勢就是向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的通信是使用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸鏈路,而基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)則是引入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,如使用數(shù)據(jù)通訊鏈路作為控制信號傳輸介質(zhì)、TCP/IP協(xié)議作為傳輸協(xié)議等。它是基于現(xiàn)場總線控制方式的延伸和發(fā)展,是目前自動控制理論研究的重點(diǎn),是今后控制技術(shù)重要的發(fā)展方向?；跀?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),充分利用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的地域廣、協(xié)議開放、接入介質(zhì)

2、豐富和接入廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn),逐步實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間可以對位于任何地點(diǎn)設(shè)備的自動控制。該技術(shù)是自動控制理論與計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合,是一門交叉學(xué)科應(yīng)用技術(shù)。
　　 但是擁有眾多優(yōu)勢下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),也因網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)滯、丟包、單包和多包傳輸?shù)忍攸c(diǎn)而帶來一系列系統(tǒng)失衡問題。其中,時(shí)滯和包丟失是影響控制效果的關(guān)鍵因素。解決這些方面問題的主要途徑集中在兩個方面:第一、使用優(yōu)化控制器,減少誘導(dǎo)時(shí)滯和包丟失等不利因素對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能及其穩(wěn)定性的

3、影響,能在保持控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,滿足給定優(yōu)化性能指標(biāo)；第二、優(yōu)化控制系統(tǒng)測量和控制數(shù)據(jù)的傳輸量,減少控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求,從而減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臅r(shí)滯和丟包率。
　　 本文研究的主要內(nèi)容是提出保持網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性并改善網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的方案:
　　 1.研究誘導(dǎo)時(shí)滯對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的影響,說明網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時(shí)滯特性與一般的時(shí)滯系統(tǒng)的不同點(diǎn)。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)滯是固定的,對比應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)上的二種控制器并指出其

4、優(yōu)缺點(diǎn)。研究智能的控制算法,說明智能控制器有自學(xué)習(xí)的特點(diǎn),能有效減低時(shí)滯的影響,然后給出智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)方案。
　　 2.針對不確定時(shí)滯使網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能下降的問題,將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模成具有不確定時(shí)滯的離散系統(tǒng)。使用Lyapunov函數(shù)和線性矩陣不等式,得出不確定時(shí)滯系統(tǒng)時(shí)滯無關(guān)的漸近穩(wěn)定且滿足H∞性能指標(biāo)的充分條件。然后將這一結(jié)果應(yīng)用在遠(yuǎn)程扳手勁競賽控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì),結(jié)果表明該算法能夠提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在不確定時(shí)

5、滯的影響下的動態(tài)性能。
　　 3.針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的各種復(fù)雜的情況,論述提高該系統(tǒng)穩(wěn)定性與性能的二個研究方向。將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模成雙時(shí)滯線性連續(xù)系統(tǒng),利用Lyapunov-Krasovskii函數(shù)得出時(shí)滯相關(guān)的漸近穩(wěn)定的充分條件。并在這一個基礎(chǔ)上得出滿足H∞性能指標(biāo)的充分條件。仿真表明該算法有較低的保守性。
　　 4.利用雙時(shí)滯模型的兩個時(shí)滯的不對稱性,研究把前文理論應(yīng)用到實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中。在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上

6、,加入靜態(tài)對數(shù)量化器和零階保持器,有效減少測量數(shù)據(jù)傳輸量。在這個基礎(chǔ)上研究有數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型設(shè)計(jì),并采用LyaLpunov-Krasovskii函數(shù)得出該系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定且滿足H∞性能指標(biāo)的充分條件。
　　 5.研究通用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)優(yōu)化控制器的設(shè)計(jì)問題。給出能克服時(shí)滯與包丟失的雙重影響,并能有效減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送量控制器設(shè)計(jì)方案。在Internet進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得出一般數(shù)據(jù)通訊鏈路的時(shí)延和丟失數(shù)據(jù)。使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在MATLAB