基于模型的网络控制系统的分析和研究

论文摘要

随着Internet技术的持续发展,控制系统与网络通信系统的集成已成为控制网络技术的一个热点,为此提出了网络化控制系统。通过控制网络实现闭环控制回路的反馈控制系统称为网络控制系统。在考虑NCS存在多种问题的基础上,研究网络控制系统的建模、分析和控制的问题。首先,介绍影响网络控制系统性能的一些因素。主要是介绍几种典型的控制网络协议,分析网络诱导延时产生的原因和组成,以及延时和数据包丢失及对系统的影响。其次,基于线性时不变的对象模型,对网络控制系统进行建模。主要是对延时和数据包丢失影响下的各种网络控制系统进行建模。对于单包传输,分别在延时小于和大于一个采样周期,有数据包丢失和无数据包丢失,以及延时和数据包丢失同时存在的各种情况下的进行建模;对于多包传输,讨论控制器在时钟驱动方式下时钟同步和异步两种情况下的建模问题。最后,在所建立模型的基础上,分别考虑网络延时和数据包丢失的情况下分析系统的稳定性;利用基于有界数据包丢失率的方法,对反馈控制进行设计,在保证系统稳定的条件下,给出了求得反馈增益矩阵的方法;采用预测控制技术,计算将来的控制信号,传送给网络延时补偿器以补偿网络延时,尽可能减小延时对系统性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统的产生背景
• 1.2 网络控制系统的系统描述及基本问题
• 1.2.1 网络控制系统的系统描述
• 1.2.2 网络控制系统存在的问题
• 1.3 网络控制系统的研究现况
• 1.4 论文的主要内容及章节安排
• 第二章 网络控制系统的性能分析
• 2.1 控制网络与网络控制
• 2.1.1 以太网技术
• 2.1.2 令牌传递网络技术
• 2.1.3 控制器局域网技术
• 2.1.4 三种典型控制网络的比较
• 2.2 网络控制系统中时延的分析
• 2.2.1 时延产生机理及特性分析
• 2.2.2 确保系统稳定的时延控制策略
• 2.3 数据包丢失的分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 网络控制系统的建模
• 3.1 短延时的网络控制系统的建模
• 3.1.1 驱动方式1下的建模
• 3.1.2 驱动方式2下的建模
• 3.1.3 驱动方式3下的建模
• 3.1.4 驱动方式4下的建模
• 3.1.5 具有数据包丢失的短延时NCS的建模
• 3.1.6 同时考虑时延和数据包丢失的NCS的建模
• 3.2 长时延的网络控制系统的建模
• 3.2.1 延时的变化范围小于采样周期
• 3.2.2 延时随机但是有序
• 3.2.3 延时随机且无序
• 3.3 多包传输网络控制系统的建模
• 3.3.1 时钟同步的情况
• 3.3.2 时钟异步的情况
• 3.4 本章小结
• 第四章 网络控制系统的稳定性分析和控制器的设计
• 4.1 网络控制系统的稳定性分析
• 4.1.1 仅考虑网络延时的稳定性分析
• 4.1.2 一类确定时延NCS的稳定性
• 4.1.3 保证系统稳定的网络延时范围分析方法
• 4.1.4 仅考虑数据包丢失的情况下稳定性分析
• 4.2 基于模型的反馈控制设计
• 4.3 网络控制系统的预测控制设计
• 4.3.1 网络预测控制器的设计
• 4.3.2 网络延时补偿器的设计
• 4.4 网络控制系统的应用
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文