基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的建模方法和控制策略.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)的新型控制系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建立在覆蓋全球各個(gè)角落的互聯(lián)網(wǎng)之上，使得在全球任意位置的被控對(duì)象都能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，不再受控制距離及控制節(jié)點(diǎn)數(shù)的限制，改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的控制模式與信息傳遞方式;互聯(lián)網(wǎng)上積累的豐富的信息資源，多媒體存儲(chǔ)、傳輸、應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，各種數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，都給網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供了優(yōu)良的控制環(huán)境和控制手段;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不需要建立專(zhuān)門(mén)的通信網(wǎng)絡(luò)，具

2、有投資費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，隨著各種移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)中，使網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)更能實(shí)現(xiàn)特殊的控制功能?？傊?，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，必將在國(guó)防、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和人們的日常生活中獲得廣闊的應(yīng)用，也將對(duì)全球化、國(guó)際化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類(lèi)生活方式的改變帶來(lái)重大的影響，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)巳成為當(dāng)今控制系統(tǒng)發(fā)展新方向和當(dāng)前控制界的熱門(mén)研究課題。另一方面，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)雖具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但也存在急需研究與解決的理論技術(shù)問(wèn)題。主要有:從控制器到執(zhí)行器之間的前向通道和從傳

3、感器到控制器之間的反饋通道是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，由于網(wǎng)絡(luò)的分時(shí)、復(fù)用、且?guī)捰邢?，網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸不可避免的產(chǎn)生時(shí)延，時(shí)延的長(zhǎng)短與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議、傳輸量、傳輸距離、傳輸時(shí)間等諸多因素有關(guān)，具有顯著的不確定性、時(shí)變性和隨機(jī)性，不僅給控制系統(tǒng)的建模、分析、控制帶來(lái)了很大的困難，而且影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制性能。故如何準(zhǔn)確地預(yù)估和檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，進(jìn)而提出合理的建模方法和高性能控制策略，是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)急需解決的一項(xiàng)理論與技術(shù)問(wèn)題。在網(wǎng)絡(luò)中的某一時(shí)刻，某

4、些節(jié)點(diǎn)同時(shí)有很多信息交換，有可能造成信息傳輸?shù)淖枞y序與信息包的丟失，導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能的下降，甚至使整個(gè)控制系統(tǒng)崩潰。因此如何預(yù)防、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸阻塞與信息丟包，提高傳輸?shù)目煽啃裕蔷W(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)另一項(xiàng)急需解決的理論和技術(shù)問(wèn)題。
　　本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制中系統(tǒng)中普遍存在的、由不確定信息傳輸時(shí)延引起的時(shí)滯效應(yīng)，首先研究了建模方法，研究含有無(wú)窮維因子的滯后環(huán)節(jié)并忽略其中對(duì)系統(tǒng)性能影響較小的高冪次項(xiàng)，采用有限維的模型來(lái)逼近。由于忽略該環(huán)

5、節(jié)的高冪次項(xiàng)后使系統(tǒng)的模型產(chǎn)生一定誤差，故選用對(duì)模型不確定性有著較強(qiáng)魯捧性的ITAE控制策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。接著以抑制系統(tǒng)的擾動(dòng)為目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)的二次優(yōu)化控制。最后以具有自身滯后環(huán)節(jié)的加熱爐和具有較快動(dòng)態(tài)響應(yīng)的無(wú)刷直流電機(jī)為被控對(duì)象，進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
　　在采用時(shí)間戳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論和李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，分別導(dǎo)出了相應(yīng)的加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)反饋矩陣，運(yùn)用卡爾曼

6、濾波對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，對(duì)系統(tǒng)伴隨的模型噪聲和量噪聲進(jìn)行抑制，通過(guò)引入自適應(yīng)跟蹤器，對(duì)輸入信號(hào)中的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，給出仿真結(jié)果。
　　為了精確控制加熱爐溫度，研究了加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最少拍(dead-beat)控制策略，首先分析了加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的頻域離散數(shù)學(xué)模型，給出最少拍響應(yīng)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法并導(dǎo)出控制算法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)獲得了響應(yīng)最快及無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)良動(dòng)態(tài)性能。此外，還討論了去紋波數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法。