基于估计器的网络控制系统研究

论文摘要

网络控制系统(NCS, Networked Control Systems)是通过网络构成闭环的反馈控制系统,它集成了计算机技术、通信技术和控制理论,是一门新兴的技术,并且正成为现代工业系统控制的主要发展方向之一。它具有资源共享、成本低廉、可靠性高、使用灵活、易于安装和维护等优点,已经受到越来越广泛的重视。本文对网络控制系统存在网络时延时的控制问题进行了分析和研究,开展了以下几个方面的工作：在深入分析网络控制系统的结构方式和基本问题的基础上,针对时延问题,进行了网络时延系统建模,得到一种多对象多控制器网络控制系统网络延时的模型。分析和阐述了网络控制系统(NCs)时延的形成原因、组成和特性。在此基础上,对NCS的控制方法进行了研究。针对双边网络控制系统,提出了一种时延估计组合模型,并对其有效性进行了分析。以实际网络时延实验数据为基础,将组合模型应用到网络时延补偿控制器的设计中,对网络时延进行补偿,实验结果表明与没有时延补偿功能的控制器相比较,网络控制系统的动态性能有了明显改善。对于具有时延的网络控制系统,采用基于状态反馈预测补偿的控制方法实现控制,验证了该方法的有效性。将工业过程纯滞后施密斯预估计控制方法引入到了网络控制系统中,并对该方法进行了改进。通过电机系统的仿真实验,说明该类方法具有较好的控制效果。最后,基于专用工具箱TrueTime对网络控制系统进行了仿真研究,首先利用电机模型对该工具进行了功能效果验证,随后利用该工具箱对施密斯预估计网络控制方法进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 网络控制系统的基本问题
• 1.2.1 网络控制系统的概念
• 1.2.2 网络控制系统的主要结构
• 1.2.3 网络控制系统的重要特点
• 1.3 网络控制系统国内外研究现状
• 1.3.1 网络时延
• 1.3.2 数据包丢失和时序错乱
• 1.3.3 网络调度和通信约束
• 1.4 论文内容安排和主要工作
• 第二章 网络控制系统的基本问题
• 2.1 网络控制系统的结构方式
• 2.2 网络控制系统的基本问题
• 2.2.1 采样周期
• 2.2.2 节点驱动形式
• 2.2.3 时钟同步
• 2.2.4 网络时延
• 2.2.5 数据包丢失
• 2.2.6 单包传输与多包传输
• 第三章 时延问题的分析与建模
• 3.1 网络延时问题的系统建模
• 3.1.1 时延小于一个采样周期时的系统建模
• 3.1.2 时延大于一个采样周期时的系统建模
• 3.2 多对象多控制器网络控制系统研究
• 3.3 小结
• 第四章 NCS控制方法研究
• 4.1 网络时延特性
• 4.2 基于时延估计组合模型的NCS控制方法
• 4.2.1 时延估计组合模型
• 4.2.2 基于时延估计组合模型的NCS控制方法
• 4.3 基于状态反馈预测补偿方法的研究
• 4.3.1 基于状态反馈预测补偿方法的理论分析
• 4.3.2 基于状态反馈预测补偿方法的仿真情况
• 4.4 基于施密斯预估器的网络控制方法的研究
• 4.4.1 施密斯预估控制的原理
• 4.4.2 施密斯预估器在网络控制中的应用
• 4.4.3 施密斯预估器网络控制改进方法一
• 4.4.4 施密斯预估器网络控制改进方法二
• 4.5 小结
• 第五章 基于TrueTime仿真工具的网络控制系统研究
• 5.1 仿真软件TrueTime介绍
• 5.1.1 实时内核模块
• 5.1.2 网络模块
• 5.2 基于TrueTime的网路控制系仿真研究
• 5.2.1 单控制器单被控对象NCS系统TrueTime仿真研究
• 5.2.2 多控制器多被控对象NCS系统TrueTime仿真研究
• 5.2.3 基于TrueTime的NCS施密斯预估器方法仿真验证
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 作者简介