网络控制系统的延时分析及预测控制策略研究

论文摘要

网络控制系统具有布线简单、结构灵活、易于系统扩展和维护以及能够实现信息资源共享等优点,因此,网络控制系统的研究已经成为控制科学及工程领域的研究热点之一。论文研究了网络控制系统中存在的网络延时对系统控制性能的影响,分析了网络诱导延时的组成,建立了网络延时模型,提出了改进的动态矩阵预测控制算法,并用于网络控制系统中,实现了对网络延时的补偿。论文的具体工作包括:阐述了网络控制系统的定义与结构,分析了网络控制系统的特点及存在的基本问题,给出了网络控制系统在不同网络条件下的网络延时的建模方法。详细介绍了NetCon控制系统的硬件和软件组成,由于组态软件是基于MATLAB/Simulink和Real-Time Workshop平台的,因此能够实现和Simulink无缝结合,同时结合Real-Time Workshop,可在几秒内自动完成代码的生成、编译、连接和下载到现场网络化控制器中执行。基于MATLAB6.5/Simulink,针对网络随机延时大于一个采样周期的情况,分析了网络延时对控制系统性能的影响,并采用NetCon控制器和过程控制实验室的水箱液位控制系统实验装置,开展了网络控制系统的仿真和实验研究。由于动态矩阵预测控制（DMC）算法以对象的有限阶跃响应为模型,它对过程的模型要求低,算法简单,容易实现,同时在优化过程中不断利用测量信息进行反馈校正,能够在一定程度上克服不确定性的影响,因此该算法适用于网络控制系统。本文针对网络控制系统的延时问题,提出了采用改进的DMC算法对网络延时进行补偿的方案,基于MATLAB6.5/Simulink,利用S函数编写仿真程序,进行了仿真研究,并采用NetCon控制器和过程控制实验室的水箱液位控制系统实验装置进行了实验研究,比较了传统的DMC算法和改进的DMC算法,验证了后者对网络延时的补偿功能,取得了满意的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统的定义与结构
• 1.2 网络控制系统的优点与问题
• 1.3 课题来源及研究意义
• 1.4 论文的整体结构及主要内容
• 第二章 基于NETCON控制器的网络控制系统
• 2.1 NetCon系统简介
• 2.2 NetCon控制器硬件系统
• 2.3 NetCon系统软件组成
• 2.3.1 控制器软件系统
• 2.3.2 NetCon网络化可视控制组态软件
• 2.3.3 NetCon网络化可视监控组态软件
• 2.4 小结
• 第三章 随机延时网络控制系统的性能分析
• 3.1 网络控制系统中的网络诱导延时组成
• 3.1.1 网络延时组成
• 3.1.2 网络延时建模
• 3.1.3 以太网和交换式以太网的网络延时
• 3.2 随机延时网络控制系统
• 3.3 随机延时对网络控制系统性能的影响
• 3.3.1 随机延时网络控制系统的稳定性分析
• 3.3.2 网络控制系统仿真与分析
• 3.4 实验研究
• 3.5 小结
• 第四章 动态矩阵预测控制算法在网络控制系统中的应用
• 4.1 动态矩阵控制的基本原理
• 4.1.1 预测控制的基本理论
• 4.1.2 动态矩阵控制算法的基本原理
• 4.2 具有延时补偿的动态矩阵控制策略
• 4.2.1 具有延时补偿的DMC系统结构
• 4.2.2 网络延时的补偿
• 4.2.3 参数选择与算法的实现
• 4.2.4 S函数简介
• 4.3 仿真和实验研究
• 4.3.1 仿真研究
• 4.3.2 实验研究
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果