網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時延補(bǔ)償算法研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，簡稱為NCS(NetworkedControlSystem)，是一種通過實時網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)成閉環(huán)的特殊的分布式反饋控制系統(tǒng)。其中，控制器、傳感器、執(zhí)行器各節(jié)點通過一條共享的網(wǎng)絡(luò)來交換信息。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)集成了計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制理論，是一門新興的技術(shù)并且正成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。它具有信息資源能夠共享、降低系統(tǒng)成本、使用靈活、易于維護(hù)等優(yōu)點，但同時網(wǎng)絡(luò)傳輸也會產(chǎn)生時間延遲、數(shù)據(jù)包丟失等問題。這不僅給NCS的分析帶來了

2、困難，而且使得許多傳統(tǒng)的控制理論不能直接應(yīng)用到NCS的設(shè)計當(dāng)中。
　　本文首先研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模問題，給出了各種條件下NCS的數(shù)學(xué)模型。然后選取時延小于一個采樣周期、單包傳輸無數(shù)據(jù)包丟失情況下的數(shù)學(xué)模型作為主要的研究對象。
　　在已知系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，討論了時間延遲對NCS控制性能的影響。隨著時延的增加，系統(tǒng)的控制性能逐漸惡化，當(dāng)時延增加到一定值時，系統(tǒng)就會變得不穩(wěn)定。為了改善NCS的控制性能，本文討論了一種基于時戳的

3、時延補(bǔ)償算法。該算法只能對傳感器到控制器之間的時延進(jìn)行補(bǔ)償，但是由于在計算控制信號時控制器并不能精確地知道控制信號從控制器傳輸?shù)綀?zhí)行器所經(jīng)過的時間，因此，它還不能做到對時延的完全補(bǔ)償。
　　考慮到時間延遲的隨機(jī)性，本文把隨機(jī)最優(yōu)控制（即LQG控制）理論應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)當(dāng)中。通過建立增廣系統(tǒng)，我們使用貝爾曼動態(tài)規(guī)劃法推導(dǎo)出了NCS的隨機(jī)最優(yōu)狀態(tài)反饋表達(dá)式，通過仿真實驗對該算法的有效性進(jìn)行了驗證。
　　最后，以民用以太網(wǎng)為例，