收藏本站
《浙江大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

网络控制系统的预测控制研究

王柱锋  
【摘要】: 随着计算机、网络、通信技术和控制理论的发展,网络控制系统在工业控制领域得到越来越广泛的应用,由于闭环控制中引入了网络,所以网络控制系统中也存在许多问题需要研究。网络随机延时的存在使得系统的分析和综合变得困难,如果延时足够大则会造成系统不稳定。因为预测控制采用了多步预测、滚动优化和反馈校正等控制策略,因此能够克服过程模型的不确定性,具有控制效果好、鲁棒性强等优点,从而得到了广泛的研究和应用。本文围绕具有短延时和长延时的网络控制系统,把预测控制引入到网络控制系统的分析和设计中,提出了几种新的控制策略,并分析了系统的稳定性。本文的主要研究内容是: 针对传感器为时间驱动、控制器和执行器为事件驱动,延时小于一个采样周期的网络控制系统提出了延时预测内模控制策略。该策略包含时间戳BP神经网络延时预测方法,利用历史延时数据来预测下一个时刻延时值。根据得到的延时预测值,结合内模控制原理进行网络控制系统控制器的设计。其中延时环节采用Pade一阶展开近似表达法,并分析了延时预测对系统性能的影响。仿真结果表明,延时预测精度有保证,系统性能仅受内模控制器滤波系数α和延时预测精度的影响,网络控制系统性能有了很大的提高。 在实际的工程系统中,采样频率的选择取决于系统中信号的最高频率,网络传输延时取决于网络本身的传输特性,由此可见网络传输延时不一定小于一个采样周期。为此,本文对延时大于一个采样周期的网络控制系统开展研究,首先对一类长延时网络控制系统进行了建模,然后对长延时网络控制系统提出了两种新的预测控制策略。一种是长延时NCS预测函数控制算法,该算法在长延时网络控制系统模型的基础上利用预测函数控制原理推导出了长延时网络控制系统的预测控制律;仿真实验和加热炉实时控制实验结果均验证了对一类长延时网络控制系统的控制采用预测函数控制方法是可行的。另一种是长延时NCS动态矩阵控制方法,该方法利用算法比较简单、计算量较小、鲁棒性较强的动态矩阵控制理论对长延时网络控制系统进行控制器的设计,获得了系统的预测控制律。仿真结果表明对一类长延时网络控制系统采用动态矩阵进行控制是有效的。 网络控制系统中随机延时的存在使系统的性能变差,如果延时足够大甚至会使系统不稳定,所以本文分析了内模网络控制系统中存在的延时对系统性能的影响。由于广义预测控制、模型预测控制、动态矩阵控制等预测控制算法可以等效归结为广义内模控制,分别研究了连续内模网络控制系统和离散内模网络控制系统的稳定性问题。利用劳斯稳定性判据、李亚普诺夫方法和离散系统Z平面分析方法(朱雷稳定判据)判断内模网络控制系统的稳定性,给出了保持内模网络控制系统稳定的最大允许延时阈值τ_(MATD)。为了使内模网络控制系统获得良好的性能,在内模网络控制系统中加入延时预测环节,并分析了延时预测对系统稳定性的影响。仿真结果表明所提方法是有效的可行。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP273

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 戴建国;网络化系统的稳定性分析、控制及滤波[D];江南大学;2011年
2 陈文颖;网络控制系统的稳定性研究及调度策略[D];华北电力大学(北京);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李敏;基于以太网的无刷直流电机网络控制系统的研究及设计[D];中南大学;2010年
2 张超;网络化控制系统时滞补偿方法研究[D];合肥工业大学;2010年
3 潘健;四自由度机械臂网络化远程控制系统的设计与实现[D];安徽工程大学;2012年
4 郑伟;具有时延及丢包的不确定网络控制系统的模型预测控制[D];哈尔滨理工大学;2012年
5 周德胜;神经网络PID在网络控制系统中的设计和仿真[D];大连理工大学;2013年
6 杨丹峰;数字化熔融石英炉模糊预测控制研究[D];河南科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于之训,陈辉堂,王月娟;基于H_∞和μ综合的闭环网络控制系统的设计[J];同济大学学报(自然科学版);2001年03期
2 郑英,方华京;不确定网络化控制系统的鲁棒容错控制[J];西安交通大学学报;2004年08期
3 陈凌凌;陈以;;工业以太网在工业控制网络中的应用与发展综述[J];中国科技信息;2007年18期
4 于之训,蒋平,陈辉堂,周刚;具有传输延迟的网络控制系统中状态观测器的设计[J];信息与控制;2000年02期
5 刘鲁源;吕伟杰;陈玉柱;;MIMO网络控制系统的稳定性分析[J];信息与控制;2006年03期
6 冯冬芹,金建祥,褚健;Ethernet与工业控制网络[J];仪器仪表学报;2003年01期
7 朱其新,胡寿松;网络控制系统的随机输出反馈控制[J];应用科学学报;2004年01期
8 段明祥;工业控制计算机技术的发展与国内产业发展概况[J];自动化博览;2001年06期
9 张结斌,文代刚;基于Internet/Intranet分布式网络控制系统的实现[J];自动化与仪表;1999年04期
10 谢磊,张泉灵,王树青,张智焕;基于多模型的自适应预测函数控制[J];浙江大学学报(工学版);2003年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭宝宁;;基于现场总线的电梯控制系统设计[J];徐州工程学院学报;2007年12期
2 谭延良,郭怡倩;一种新型模糊PID控制的变频恒压供水系统[J];排灌机械;2001年05期
3 肖永华;;化工企业消防及可燃气体探测报警系统的实践[J];江西化工;2010年03期
4 于谅 ,孙晓博 ,杨国振;CAN总线在分布式仿真系统中的应用[J];情报指挥控制系统与仿真技术;2000年05期
5 孟庆德;张缨;蔡凌;董明;;一种新型的随动系统变结构模糊位置控制器[J];指挥控制与仿真;2010年04期
6 ;中德威帝研发的CAN总线技术在客车中的实现[J];汽车电器;2005年12期
7 杨正才;;电子节气门参数自整定模糊PID控制器的实现[J];汽车电器;2008年05期
8 孙能勇;王冬雪;马建辉;庄汝科;;基于LIN总线的智能防夹车窗设计[J];汽车电器;2010年09期
9 朱元,韩晓东,田光宇,陈全世;串联式混合动力电动汽车发动机转速新型PID控制[J];汽车工程;2001年02期
10 管欣,高振海,郭孔辉;驾驶员稳态预瞄动态校正假说[J];汽车工程;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 龙威;袁锐波;曾浩;张宗成;;压电式气动伺服阀控制策略的研究[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
2 张维勇;潘承锦;陆阳;;大坝安全监测系统结构设计及采样数据处理策略研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
3 刘暾东;郑国祥;骆勤强;;基于现场总线的造气炉智能控制研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
4 孙鹤旭;梁涛;雷兆明;;基于状态空间模型的多时域预测控制系统的闭环特性[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 李德伟;席裕庚;;有界扰动系统基于集结的鲁棒预测控制器设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 杨建华;刘文琦;卢伟;;注汽锅炉蒸汽干度的模糊预测控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 蒋蔚;印平;曹丽婷;;基于MATLAB供热温度模糊自整定PID控制系统仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 李刚;王庆林;黄彪;;随机扰动下的动态矩阵控制系统性能监控、调节与诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 张颖;巢志骏;席裕庚;;预测调度算法在单机问题中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 修杰;夏长亮;;开关磁阻电机的模糊自适应PID控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
3 程如岐;基于Z拓扑的光伏并网逆变器研究[D];南开大学;2010年
4 南栋祥;具突变性对象的量子神经网络突变波函数及权重波函数的分析与研究[D];昆明理工大学;2009年
5 何丽娟;冷变换器原理及其在低品位热驱动制冷系统中的应用研究[D];浙江大学;2009年
6 栗伟;催化裂化过程建模与应用研究[D];浙江大学;2010年
7 周猛飞;延迟焦化工业过程先进控制与性能评估[D];浙江大学;2010年
8 杜静静;基于非线性度量和MLD-MPC的多模型方法研究[D];浙江大学;2010年
9 陈家乾;移动机器人自主创建环境地图的研究[D];浙江大学;2009年
10 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯小冬;基于模糊PID控制的呼吸机压力控制研究[D];南京医科大学;2010年
2 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
3 刘经纬;基于DSP的VS1-12/M型永磁真空断路器同步控制系统的研究[D];河南理工大学;2010年
4 况清龙;基于逆变器的直流无源滤波器的优化设计及其可视化算法[D];南昌航空大学;2010年
5 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
6 邵建桥;液压混合动力汽车能量再生系统特性仿真研究[D];山东科技大学;2010年
7 岳光亮;基于液压制动行星调速软起动系统的研究设计[D];山东科技大学;2010年
8 张志伟;楼宇供暖节能系统的设计[D];山东科技大学;2010年
9 王岩庆;高校用水计量与远程抄表管理系统的设计[D];山东科技大学;2010年
10 王永;消防单兵综合信息采集系统研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马长林;张清国;;网络化控制系统的随机最优控制[J];清华大学学报(自然科学版);2008年S2期
2 仲元昌;郭耿涛;贾年龙;赵贞贞;;晶体生长炉的PID神经网络温度控制算法[J];人工晶体学报;2010年05期
3 赵荣芳;耿玉水;韩涛;;网络时延测量技术研究[J];山东轻工业学院学报(自然科学版);2009年02期
4 滕夏晨;王少雄;张靠社;;电力系统稳定控制方法综述[J];电网与清洁能源;2009年03期
5 尹迅雷;陈在平;姚晓伟;;工业以太网时延分析与建模研究[J];天津理工大学学报;2005年06期
6 窦连旺,刘鲁源,陈玉柱;基于时滞理论的网络控制系统稳定性分析[J];天津大学学报;2005年01期
7 于之训,陈辉堂,王月娟;基于H_∞和μ综合的闭环网络控制系统的设计[J];同济大学学报(自然科学版);2001年03期
8 薛德黔;网络控制系统中数据包丢失的研究[J];铜仁师范高等专科学校学报(综合版);2003年03期
9 王光平;基于DSP的石英生长炉模糊控制[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2003年03期
10 冉全,杨志方;以太网在工业控制领域的应用探讨[J];微计算机信息;2002年11期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 葛愿;基于隐马尔可夫模型的网络化控制系统建模与控制[D];中国科学技术大学;2011年
2 李勇刚;高温电加热过程模拟与优化的研究[D];中国海洋大学;2011年
3 朱其新;网络控制系统的建模、分析与控制[D];南京航空航天大学;2003年
4 樊卫华;网络控制系统的建模与控制[D];南京理工大学;2004年
5 刘彦文;采样控制系统的H_∞控制[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 邱占芝;广义网络控制系统分析、建模与控制[D];东北大学;2006年
7 郑桦;机械臂系统的网络远程控制研究与实现[D];中国科学技术大学;2007年
8 梁涛;网络控制系统中延时机理及状态预估控制方法的研究[D];河北工业大学;2007年
9 王艳;网络控制系统的控制与调度研究[D];南京理工大学;2006年
10 杨业;网络控制系统的分析建模与控制研究[D];华中科技大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 常伊霖;基于无线网络控制系统的动态优先级调度仿真研究[D];大连理工大学;2011年
2 刘天键;自适应模糊单神经元非模型控制系统的研究[D];福州大学;2001年
3 刘金虹;基于模糊神经网络辨识技术的无刷直流电动机控制系统研究[D];浙江大学;2004年
4 桂放;基于网络的远程控制技术研究[D];武汉理工大学;2005年
5 周寰;网络控制系统时延补偿方法的研究[D];江南大学;2005年
6 左旭坤;基于DSP的无刷直流电动机伺服控制系统研究[D];合肥工业大学;2006年
7 杨金波;网络控制系统的时延补偿算法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
8 田亮;模糊控制神经网络的无刷直流电机直接转矩控制系统研究[D];天津大学;2006年
9 吕春泉;实现电网AVC的几个关键问题的探讨[D];山东大学;2007年
10 吴小平;基于时延补偿和广义预测控制算法的网络控制系统研究[D];武汉科技大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 梅生伟;龚媛;刘锋;;三代电网演化模型及特性分析[J];中国电机工程学报;2014年07期
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 韩全军;基于嵌入式的智能多压供水控制系统开发[D];杭州电子科技大学;2011年
2 廖凯;基于延时预估的网络控制系统预测控制[D];中南大学;2011年
3 段冰;基于估计器的网络控制系统研究[D];郑州大学;2011年
4 许红巧;基于CAN总线控制网络的实时调度研究[D];天津理工大学;2012年
5 陈冬立;基于模糊PID控制器的网络控制系统研究[D];中南大学;2012年
6 汤忆;网络控制系统变采样周期调度算法研究[D];大连交通大学;2012年
7 沈力;基于无线通信的矿井监控系统的优化设计研究[D];重庆大学;2012年
8 覃均生;基于DSP的数据采集系统设计与开发[D];华中科技大学;2012年
9 郑冰;NCS中实时数据库的时态一致性研究[D];华北电力大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 缪文良;;基于Profibus现场总线的涂布机控制系统[J];轻工机械;2006年04期
2 陆燕,杜继宏,李春文;延迟时间未知的时延系统神经网络补偿控制[J];清华大学学报(自然科学版);1998年09期
3 李昕;;工业以太网交换机在水电厂监控系统中的应用[J];水电厂自动化;2006年S1期
4 郭芳瑞;浅谈现场总线控制系统与集散控制系统[J];现代电子技术;2003年14期
5 于之训,蒋平,陈辉堂,周刚;具有传输延迟的网络控制系统中状态观测器的设计[J];信息与控制;2000年02期
6 张泉灵,王树青;基于ARMAX模型自适应预测函数控制[J];信息与控制;2000年05期
7 冯冬芹,金建祥,褚健;工业以太网关键技术初探[J];信息与控制;2003年03期
8 吴爱国,梁瑾,金文;工业以太网的发展现状[J];信息与控制;2003年05期
9 柴郁,李斌;现场总线技术的发展及应用展望[J];仪表技术;2001年02期
10 陈斌;张波;安尝思;丘东元;;基于Modbus/TCP及WEB的电气设备网络智能监控系统[J];仪器仪表学报;2006年09期
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026