網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的時延分析及復合補償策略研究.pdf

1、NCS(Network Control System,網(wǎng)絡控制系統(tǒng))是指控制回路的傳感器、控制器和執(zhí)行器通過網(wǎng)絡構(gòu)成一個閉環(huán)的實時反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)各節(jié)點間的信息傳輸與交換是通過網(wǎng)絡進行的。它是一種復雜的完全分布式控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)復雜控制系統(tǒng)的水平與垂直方向的集成及網(wǎng)絡資源共享，便于擴展和維護。
　　盡管網(wǎng)絡控制系統(tǒng)相對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言有很多優(yōu)點，但網(wǎng)絡通信技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應用也帶來了一系列亟待研究和解決的特殊問題，其中網(wǎng)絡誘導

2、時延就是系統(tǒng)中存在的最主要的問題之一，誘導時延可降低系統(tǒng)的控制性能，同時系統(tǒng)的分析與設計也因為時延的存在而變得異常困難。因此，深入研究網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的時延問題，并探尋有效策略對時延進行補償顯得尤為重要。本文主要分析了時延對控制系統(tǒng)性能的影響并提出了有效的時延復合補償策略。
　　首先，介紹了本課題的選題背景及研究意義，整理了近年國內(nèi)外專家學者對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的主要研究思路，并概述了時延補償?shù)难芯楷F(xiàn)狀。
　　其次，介紹了網(wǎng)絡控制系

3、統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及存在的主要問題，從三個不同角度研究了時延對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)性能的影響。仿真及結(jié)果分析表明，當采樣周期一定時，時延占采用周期的百分比越大，對控制系統(tǒng)的影響也就越大，且τca在時延中占主導地位。
　　再次，分析了傳統(tǒng)Smith預估控制器補償時延的基本原理，針對其在網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中應用的不足，提出改進結(jié)構(gòu)的Smith預估控制器，可實現(xiàn)對系統(tǒng)誘導時延和被控對象純滯后的雙重預估補償，且無需對系統(tǒng)時延進行在線辨識。
　　最后，針對S

4、mith預估控制器過分依賴于被控過程精確數(shù)學模型的不足，設計了將具有自學習和參數(shù)自整定能力的模糊自適應 PID控制器及單神經(jīng)元 PSD(Proportional Summation Differential,比例積分微分)控制器與改進結(jié)構(gòu)的Smith預估控制器相結(jié)合的復合控制器，以實現(xiàn)對控制系統(tǒng)中時延的有效補償。建立基于 TrueTime工具箱的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)仿真模型并進行仿真。實驗結(jié)果表明，在預估模型與被控對象模型完全匹配和不完全匹配兩