網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中遞推網(wǎng)絡(luò)延時(shí)預(yù)測(cè)控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制機(jī)構(gòu)之間相互通信的全分布式實(shí)時(shí)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，呈現(xiàn)出傳感器、控制器和執(zhí)行器空間分離的物理特征。二十一世紀(jì)初，在全球富有盛名的19位學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜壹?3名學(xué)者共同撰寫(xiě)的《息爆炸時(shí)代的控制——關(guān)于控制、動(dòng)力學(xué)和系統(tǒng)未來(lái)方向的專(zhuān)家小組報(bào)告》中，明確指出基于網(wǎng)絡(luò)的控制是未來(lái)發(fā)展的重要方向。因此，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)成為一個(gè)新興的學(xué)術(shù)研究方向，受到全世界計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信等領(lǐng)域的學(xué)者們廣泛關(guān)注。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究中，網(wǎng)

2、絡(luò)延時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)所帶來(lái)的影響也被提出，成為了需要重點(diǎn)考慮的研究關(guān)鍵點(diǎn)。
　　本文著重于從控制系統(tǒng)和控制算法設(shè)計(jì)的角度，開(kāi)展基于無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析和綜合研究，提出了一種新的異步通信網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)遞推差分計(jì)算方法，設(shè)計(jì)了一種新型可動(dòng)態(tài)確定預(yù)測(cè)步數(shù)的廣義預(yù)測(cè)控制器，解決由于網(wǎng)絡(luò)通信約束，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采樣周期與系統(tǒng)實(shí)際物理對(duì)象所要求的控制系統(tǒng)采樣周期之間失配，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能惡化，系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。
　　首

3、先，從物理層、MAC子層以及基于IEEE802.15.4的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)多跳及路由轉(zhuǎn)發(fā)等方面分析了網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)的客觀存在。從系統(tǒng)應(yīng)用的角度分析了由于節(jié)點(diǎn)休眠、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大和新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)等因素所造成的網(wǎng)絡(luò)等待延時(shí)。以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，分析了系統(tǒng)采樣周期受到被控對(duì)象確定的約束情況及其取值邊界。從而，明確出系統(tǒng)采樣周期在同時(shí)受到通信周期約束與被控對(duì)象約束且相互矛盾時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可能趨于不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)特性。
　　其次，約定了本研究所依托

4、的基本網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為遵循網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。明確了所研究無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制回路的基本結(jié)構(gòu)，并對(duì)基于有信標(biāo)幀通信模型的NCS通信事務(wù)時(shí)序和基于無(wú)信標(biāo)幀通信模型的NCS通信事務(wù)時(shí)序進(jìn)行了分析。提出了一種新的無(wú)全網(wǎng)時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)遞推計(jì)算方法，可通過(guò)正常的報(bào)文通信直接計(jì)算網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者已知的請(qǐng)求、確認(rèn)報(bào)文幀數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度，解決雙向傳輸延時(shí)不一致問(wèn)題，避免誤差累積。
　　之后，以兼顧網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的最小刻度時(shí)間基礎(chǔ)值與符

5、合被控對(duì)象性能要求的控制系統(tǒng)采樣周期為準(zhǔn)則，動(dòng)態(tài)確定預(yù)測(cè)步數(shù)和控制周期。采用將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采樣周期與控制周期分離的思想，以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)約束條件的時(shí)變采樣周期性作為廣義預(yù)測(cè)控制器的數(shù)據(jù)輸入采樣周期，以便滿(mǎn)足被控對(duì)象性能條件的預(yù)測(cè)步長(zhǎng)作為廣義預(yù)測(cè)控制器的控制運(yùn)算輸出周期，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，并克服傳統(tǒng)預(yù)測(cè)控制中人為確定預(yù)測(cè)步數(shù)的不足。從理論上分析了采用本文所提出變采樣廣義預(yù)測(cè)控制方法的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)