網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時延分析及復(fù)合補(bǔ)償策略研究.pdf

1、NCS(Network Control System,網(wǎng)絡(luò)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(luò)構(gòu)成一個閉環(huán)的實(shí)時反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸與交換是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。它是一種復(fù)雜的完全分布式控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制系統(tǒng)的水平與垂直方向的集成及網(wǎng)絡(luò)資源共享，便于擴(kuò)展和維護(hù)。
　　盡管網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言有很多優(yōu)點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)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(luò)誘導(dǎo)

2、時延就是系統(tǒng)中存在的最主要的問題之一，誘導(dǎo)時延可降低系統(tǒng)的控制性能，同時系統(tǒng)的分析與設(shè)計也因?yàn)闀r延的存在而變得異常困難。因此，深入研究網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時延問題，并探尋有效策略對時延進(jìn)行補(bǔ)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(fù)合補(bǔ)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(xué)者對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主要研究思路，并概述了時延補(bǔ)償?shù)难芯楷F(xiàn)狀。
　　其次，介紹了網(wǎng)絡(luò)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(luò)控制系統(tǒng)性能的影響。仿真及結(jié)果分析表明，當(dāng)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(dǎo)地位。
　　再次，分析了傳統(tǒng)Smith預(yù)估控制器補(bǔ)償時延的基本原理，針對其在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的不足，提出改進(jìn)結(jié)構(gòu)的Smith預(yù)估控制器，可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)誘導(dǎo)時延和被控對象純滯后的雙重預(yù)估補(bǔ)償，且無需對系統(tǒng)時延進(jìn)行在線辨識。
　　最后，針對S

4、mith預(yù)估控制器過分依賴于被控過程精確數(shù)學(xué)模型的不足，設(shè)計了將具有自學(xué)習(xí)和參數(shù)自整定能力的模糊自適應(yīng) 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(jìn)結(jié)構(gòu)的Smith預(yù)估控制器相結(jié)合的復(fù)合控制器，以實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)中時延的有效補(bǔ)償。建立基于 TrueTime工具箱的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真模型并進(jìn)行仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在預(yù)估模型與被控對象模型完全匹配和不完全匹配兩