论文摘要
随着控制系统规模的日益扩大以及计算机网络技术的飞速发展,基于计算机网络的控制系统已经逐步应用到控制工程中。控制回路通过实时网络闭合的反馈控制系统称为网络化控制系统(Networked Control System, NCS)。网络化控制系统是现代通讯技术、控制理论及计算机技术等发展和综合的产物。NCS具有连线少、灵活性强、便于拓展和信息资源共享等众多优点,但控制系统引入网络后,由于带宽有限、分时复用、数据传输路径不确定等都会导致信息传输中的等待、拥塞及丢包等现象,不可避免地产生网络诱导时延。这些受负载、通信协议等影响的时延,无论是固定的或时变的还是有界的或无界的,都会不同程度影响控制系统性能,甚至导致系统失稳,这给NCS分析、设计和控制带来很大困难。本文针对NCS的特点,应用鲁棒控制、H∞控制、神经元控制和保代价控制理论分析设计方法来解决NCS中存在的问题。本文对NCS中的时延特性进行了分析,研究了时延对系统性能影响。针对传感器节点时间驱动、控制器和执行器节点事件驱动的假设,建立了具有任意有界时延NCS的离散模型。进一步,把传感器到控制器和控制器到执行器的时延分别同时加以考虑建立了控制回路总时延小于采样周期的NCS离散模型。针对确定时延NCS,给出了基于静态状态反馈的H∞控制器设计,以保证闭环NCS稳定性和相应的H∞控制性能指标。仿真表明了该方法的有效性。针对时变时延NCS,应用一种基于免疫反馈机理的比例增益在线调整规则,提出了一种改进的神经元PID控制器。该控制器不依赖精确的数学模型,并且无需做出网络诱导时延均小于一个采样周期的假设。仿真结果表明其可以有效地克服随机的网络诱导时延给控制品质带来的不利影响。针对时变短时延NCS,给出了基于静态状态反馈的保代价控制器,以保证闭环NCS稳定性和相应的二次型代价函数指标。仿真结果表明,该控制器既能够保证系统渐近稳定性,又使系统的代价指标小于一个确定的上界。本文最后利用NCS的实时仿真软件TrueTime,完成了网络化控制系统实时仿真系统的设计,并在此基础上对保代价控制器进行了仿真实验。结果表明,在基于TrueTime搭建的虚拟网络化控制系统中,该控制器能够较好的保证被控对象的控制品质。
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标签：网络化控制系统论文; 网络诱导时延论文; 鲁棒控制论文; 控制论文; 保代价控制论文; 神经元控制论文; 仿真论文;