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《北京交通大学》 2010年
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网络控制系统的时延分析及PID控制器的设计

郭晓倩  
【摘要】: 网络控制系统(NCS),又称网络化的控制系统,它通过物理通信网络来实现控制器—执行器和传感器—控制器之间的数据交换,使某一区域内不同地点的设备和用户实现资源共享和协调操作,提高了系统的模块性、可靠性,减少安装和维护费用,在工业上得到了广泛应用。与此同时,网络的引入也带来了时延、数据丢包、资源优化调度等一系列问题,使得对网络控制系统的研究分析日益迫切。 本文主要针对网络控制系统中的网络时延问题,在不考虑其他网络影响因素的条件下分析了网络时延对NCS性能的影响,说明随着时延的增大NCS的动态性能和稳定性都降低,因此在NCS的设计过程中不可忽略时延给系统带来的影响。继而讨论了NCS采用PID控制时PID参数稳定域的确定,即先确定Kp的稳定范围,然后寻找给定Kp下K(?)-Kd平面的稳定域,最后通过遍历Kp得到整个PID参数稳定域。该稳定域为NCS智能控制器的设计提供了参数调整范围。 PID控制器在各种工业过程控制中显示出很多优点,但其无自适应能力,当网络时延和系统参数发生变化时不能调整控制参数,使系统性能下降。本文在PID控制的基础上引入模糊控制,采用模糊控制器根据系统误差对PID的控制参数进行在线调节,实现了对时延的良好补偿,提高了系统对参数变化的适应性,增强了抗干扰能力。 最后,运用TrueTime工具箱建立了NCS仿真平台,模拟实际网络控制系统的运行,对所设计的控制策略进行验证,结果表明设计的模糊PID控制器能够对时延进行有效补偿,使系统输出快速跟踪输入。同时还分析了网络速率和丢包率不同对NCS响应性能的影响,说明了联合网络和控制特性对NCS进行综合设计的重要性。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP273

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