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网络化控制系统时滞补偿方法研究

张超  
【摘要】: 随着计算机通网络技术的发展以及工业系统规模的不断扩大、复杂程度的不断提高,传统的点对点控制方式已经无法满足复杂工业领域对控制系统的要求。 网络化控制因其优势已迅速地应用于各种系统和远程控制领域。由于信号通过网络传输存在时滞、拥塞和丢包等问题,基于信号无时滞传输与调节等条件的传统控制理论已不再适用于网络化控制系统。同时,对于实际的控制系统来说,要建立被控对象的精确数学模型是十分困难的,为了克服网络化控制系统中被控对象的不确定性和系统对于干扰的敏感性,很多学者都对NCS(Networked Control Systems)进行了针对性研究,在取得了诸多成果的同时,同样存在很多需要解决的问题。对此,本文中主要做了如下研究。 1、介绍了网络时滞产生的原因及表示方法,概述了增广离散时间模型法、缓冲队列法、摄动法、随机最优控制法、鲁棒控制法、模糊逻辑调节法、基于模型的控制方法、等网络时滞控制方法。 2、对网络化控制系统进行了稳定性分析,通过基于Lyapunov稳定理论的对象参考参数自适应律,设计了大时滞不确定过程的时滞补偿系统结构。在超出时滞允许范围的情况下,可以认为数据包丢失。针对丢包问题,通过输出预报的方法,采用过去时刻采集的数据包对将来时刻的值进行输出预报,文中给了推导。 3、对于解决被控对象数学模型的不确定性问题,文中采用了基于对象参考的参数自适应时滞补偿方法,对象参考参数自适应时滞补偿器具有良好的时滞补偿及输出预测和跟踪性能,因而在一定程度上解决了模型不确定及大时滞过程的时滞补偿与输出预测问题。 4、以网络化控制工具箱(True Time Toolbox)作为网络化闭环控制系统仿真的平台,通过True Time Network建立起的网络化控制系统的模型,将基于对象参考参数自适应时滞补偿器的方法用于该仿真平台上进行仿真,仿真结果表明,该方法能够解决一类网络控制系统的时滞及模型不确定性问题。


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