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网络控制系统的滑模预估变结构控制器设计及性能优化

熊远生  
【摘要】: 随着控制系统规模的日益扩大,进入21世纪的控制系统将以网络为主要特征。在自动化与工业控制中需要更深层次地渗透通信与网络技术。网络控制系统是当今自动控制界一个新兴的热点研究课题,对该课题开展研究具有重要的学术价值和应用前景。 网络控制系统具有以下突出优点:减少了安装,维护的费用,增强了系统的模块性、灵活性、扩展性、可靠性。可以实现资源共享,实现远程操作与控制,具有高的诊断能力,系统各组件(传感器,控制器,执行器)之间可以通过网络交换信息。 但控制系统中由于网络的引入,不可避免地带来以下问题: (1) 信息的传输延迟,通常是随机的,而且常常是大于一个采样周期的。 (2) 由于网络传输的不可靠性,网络控制系统还有丢失信息包的现象发生。 (3) 受网络带宽和数据包容量的限制,多通道传输是不可避免的。 (4) 并不是所有的传感器/执行器都能同时使用网络,这也就决定了除了控制算法外,还需要一个调度算法来决定在一个时刻哪个传感器/执行器可以通过网络送出/接收数据。一个单纯的控制问题,现在变成一个控制问题和调度问题的耦合。 基于上述考虑,本文对网络控制系统做了一定的研究,主要工作是针对由于网络引入控制系统后出现时滞、网络诱导噪声、及数据包丢失情况下,对一类对象是快变的网络控制系统,将滑模预估变结构控制器的设计方法引入到它的控制器设计中,设计出了性能较好的控制器;同时考虑了如何优化网络控制系统的性能。取得以下主要成果: (1) 对网络控制系统的研究现状做了一个比较详细的综述。 (2) 将滑模预估的方法引入到网络控制系统的控制器设计中,设计出的控制器可以用来处理长时滞,克服满足匹配条件的扰动和一定的数据包丢失。 浙江工业大学硕士学位论文 (3)设计出了测量基于以太网的网络控制系统的时滞的实验,通过该实验, 得出了基于以太网的网络控制系统的时滞特性。 (4)为了减少网络控制系统中的通信量,考虑在控制器上利用对象的信息, 通过仿真实例说明可使系统稳定的采样周期大大增加,表明这种方法从本质上 有助于解决网络控制系统通信受限的问题。 (5)为了在网络控制系统的软件中利用MATLAB的算法,阐述了在VC中 如何利用DLL集成M八.TLAB算法的方法,并给出了应用实例。


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