網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中延時(shí)機(jī)理及狀態(tài)預(yù)估控制方法的研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為NCS(Networked Control System)，是一種通過(guò)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉的環(huán)分布式反饋控制系統(tǒng)。其中，控制器、傳感器、執(zhí)行器各節(jié)點(diǎn)通過(guò)一條共享的網(wǎng)絡(luò)來(lái)交換信息。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制理論，是一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)并且正成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。它具有信息資源能夠共享、系統(tǒng)成本低、使用靈活、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸也會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲、數(shù)據(jù)包丟失等問(wèn)題。這不僅給NCS的分析帶來(lái)了困

2、難，而且使得許多傳統(tǒng)的控制理論不能直接應(yīng)用到NCS的設(shè)計(jì)當(dāng)中。 本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)的基本組成，對(duì)幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線的媒質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)機(jī)制、延時(shí)形成機(jī)理、特點(diǎn)和實(shí)時(shí)性等進(jìn)行對(duì)比研究，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)最差響應(yīng)時(shí)間及延時(shí)統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析，討論了不同協(xié)議下影響延時(shí)的主要因素。在此基礎(chǔ)上，建立了3種延時(shí)條件下（短延時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)包丟失，短延時(shí)有數(shù)據(jù)報(bào)丟失以及長(zhǎng)延時(shí)）NCS的數(shù)學(xué)模型。分析了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)、節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式對(duì)NCS控制性能的影響。指出采用時(shí)鐘驅(qū)

3、動(dòng)雖然增加了延時(shí)時(shí)間，但提供了采用先進(jìn)控制算法對(duì)NCS中延時(shí)丟包補(bǔ)償?shù)耐緩健?為了減輕甚至消除網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)控制計(jì)算的影響，本文研究了一種基于時(shí)間戳的時(shí)延補(bǔ)償算法。在短延時(shí)條件下，針對(duì)該算法要求模型準(zhǔn)確、只能對(duì)傳感器到控制器之間的時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，提出了一種在控制器中建立對(duì)象狀態(tài)的近似模型、執(zhí)行器采用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)預(yù)估控制方法，并推導(dǎo)了此類系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件，達(dá)到了較好控制的效果。 采用對(duì)象預(yù)估模型以及已有的對(duì)象實(shí)測(cè)狀

4、態(tài)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)變量進(jìn)行多步預(yù)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)長(zhǎng)延時(shí)的補(bǔ)償。進(jìn)一步將該方法應(yīng)用在短延時(shí)存在丟包的情況下，分別對(duì)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)和數(shù)據(jù)丟包進(jìn)行預(yù)估補(bǔ)償，改善了NCS的性能。 為了盡可能地減少網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，本文研究了前向通道和后向通道均存在網(wǎng)絡(luò)鏈接時(shí)，基于狀態(tài)預(yù)估控制方法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采樣間隔最大化的問(wèn)題，其目的是在保證系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，盡量降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。分別在狀態(tài)反饋、輸出反饋和離散情況下，研究了基于狀態(tài)預(yù)估的網(wǎng)絡(luò)控制