網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)下預(yù)測控制算法的實現(xiàn).pdf

1、隨著電子、計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展以及控制和管理要求的不斷提高，使得控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，空間分布越來越廣，對控制系統(tǒng)的要求也愈發(fā)提高。而傳統(tǒng)的點對點結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也隨之顯示出一定的局限性，這主要表現(xiàn)在連接繁雜，維護、升級、改進控制系統(tǒng)比較困難。此外這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不適合如模塊化、分散化、綜合診斷、維護快速簡易和低成本等一些新的控制要求。在這種情況下，提出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概念。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCS)是指傳感器、執(zhí)行器以及控制

2、單元通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，NCS更加復(fù)雜，這樣的系統(tǒng)可以減少布線從而降低成本，具有高的診斷能力，易于維護。廣泛應(yīng)用于飛行器及制造行業(yè)。本文主要針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)延時和數(shù)據(jù)丟包這兩個基本問題做了如下工作： (1) 在介紹網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生背景、概念和特點的基礎(chǔ)上，著重介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)存在的幾個問題及其近年來的研究進展。概括介紹了本文的主要研究工作。 (2) 介紹了廣義預(yù)測控制(GPC)的發(fā)展，廣義

3、預(yù)測控制的基本算法和特點以及控制器參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。重點講述廣義預(yù)測控制基本算法的推導(dǎo)和Diophantine方程求解的流程圖。 (3) 本文針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)延時這一基本問題，提出了一種基于廣義預(yù)測控制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制方法。并且執(zhí)行器節(jié)點提出了選擇機制的方法，采取GPC算法的預(yù)估和選擇機制選擇相結(jié)合的方法，來補償網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的延時。通過理論推導(dǎo)對所提出的方法進行了穩(wěn)定性分析，給出了穩(wěn)定性結(jié)論。 (4) 對數(shù)據(jù)丟包問

4、題，把數(shù)據(jù)包在一個采樣周期內(nèi)沒有到達稱之為丟失，本文同樣采用GPC+CS解決網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的丟包問題，控制思想同時延問題一致。 (5)研究了以上的控制算法在實際中的應(yīng)用問題。本文以QX LLT-3三容液位控制實驗裝置作為實際的被控對象，在傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)通信類型的基礎(chǔ)上，結(jié)合使用標(biāo)準互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)化的小型集散控制系統(tǒng)，通過編寫軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，算術(shù)濾波，網(wǎng)絡(luò)傳輸，控制算法等功能，并一定條件下模擬誘導(dǎo)時延，多包傳輸?shù)痊F(xiàn)象，從

5、而在實際應(yīng)用中驗證所設(shè)計的控制算法。 作為一種新型的計算機控制算法，預(yù)測控制是有其鮮明特征的。是一種基于模型，滾動實施并結(jié)合反饋校正優(yōu)化控制算法。預(yù)測控制汲取了優(yōu)化控制的思想，但利用滾動的有限時段優(yōu)化取代了一成不變的全局優(yōu)化。這雖然在理想情況下不能導(dǎo)致全局最優(yōu)，但由于實際上不可避免存在模型誤差和環(huán)境干擾。這種建立在實際反饋信息基礎(chǔ)上的反復(fù)優(yōu)化，能不斷估計不確定性的影響，并及時加以校正，反而要比只依靠模型的一次優(yōu)化更能適應(yīng)實際過程

6、，有更強的魯棒性。所以，預(yù)測控制是針對傳統(tǒng)最優(yōu)控制在工業(yè)過程中的不適用性而進行修正的一種新型優(yōu)化控制算法網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)的交叉學(xué)科，涉及了網(wǎng)絡(luò)和控制等諸多領(lǐng)域的內(nèi)容，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已成為研究的熱點之一。隨著被控對象和控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化，控制系統(tǒng)各部件間需要交換的信息越來越多，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的點對點結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，更符合現(xiàn)代控制的需求趨勢。 本文針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的模型建立以及控制