论文题目: 基于网络整定的控制系统中网络诱导延时的分析及解决方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 李力雄
导师: 费敏锐
关键词: 通信网络,网络诱导延时,错序,丢包,模糊控制,自适应控制,收敛性
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着信息技术的不断成熟与发展,通信网络作为传输媒介被广泛用于各种控制系统之中,在传统网络控制系统中,控制回路通过现场总线为代表的各种专用控制网络形成闭环。网络控制系统的出现,为自动化系统提供了一种先进、高效的底层通信与控制手段。同时,随着被控对象复杂度以及控制要求的不断提高,许多学者提出了各种类型的先进控制算法,其中包含针对被控对象的复杂辨识算法和针对控制器的参数整定算法,并利用参数估计、辨识获得的结果完成控制器参数的在线修正,这种方法在学术界获得了很高程度的认同。但由于底层控制器的计算资源有限,难以完成复杂的辨识和整定算法,这是先进控制算法在实际应用中的瓶颈之一。 于是,本文在传统的网络控制的基础上,创新地提出了基于网络整定的控制系统的思想,即利用通信网络上远程整定单元的计算资源完成复杂的整定算法,并实现本地控制器参数的在线修正,从而实现整定回路的网络闭环。由此,本地控制器得以可靠地完成简单的控制任务,而复杂的参数估计、辨识任务则由连接于通信网络之上的远程整定单元实现,这对解决先进控制的实际应用瓶颈具有重要的价值。 本文的主要目的是研究基于网络整定的控制系统之中,网络传输的不确定现象对于辨识、整定算法和控制算法的影响,并进一步探索使用通信网络对于系统控制性能和收敛性的影响,最后提出相应的解决方案来保证系统的稳定性及提高控制性能。具体研究成果如下: 首先,提出了基于网络整定的控制系统的新概念。在此基础上,从通信和控制角度研究了闭合其整定回路的通信网络所存在的主要不确定现象—网络诱导延时的各种性质,分析了网络诱导延时的组成成分和诱发延时的主要因素—通信协议和控制设备,为研究网络诱导延时对于系统性能和稳定性的影响提供基础。此外,根据远程整定单元对于通信网络中数据传输次序的敏感程度,把整定算法分为静态和动态两种类型分别进行研究。 第二,本文采用连接于通信网络之上的远程整定单元在线修正本地控制器的参数,提出并构建了采用静态整定算法的基于网络整定的类PD型模糊控制系统,其中本地控制器完成简单的控制信号计算和输出,而参数整定过程在远程整定单元中实现。针对整定回路中的网络诱导延时,构建了由延时引发的性能下降函数,提出了定量分析延时对于系统控制品质影响的方法。另外,在性能下降函数的基础上,提出并建立了最大可容许延时和最大性能下降的概念,为基于网络整定的控制系统的分析与设计提供了一种简单、可行的途径。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 概述
1．1 通信网络在控制系统中的应用概况
1．2 基于网络整定的控制系统
1．3 相关领域的国内外研究现状
1．3．1 网络诱导延时的测量、分析和建模
1．3．2 网络诱导延时对控制系统性能和稳定性的影响
3．3 解决方法
1．4 本文的主要工作和特色
1．5 章节安排
第二章 基于网络整定的控制系统
2．1 引言
2．2 基于网络整定的控制系统的定义
2．3 基于网络整定的控制系统和传统的网络控制系统之间的比较
2．3．1 控制回路vs．整定回路
2．3．2 专用控制网络vs．公用通信网络
2．4 远程整定单元的整定算法分类
2．4．1 典型的静态整定算法——误差驱动的PID增益调整算法
2．4．2 典型的动态整定算法——自适应参数辨识(估计)算法
2．5 本章小结
第三章 网络诱导延时分析
3．1 引言
3．2 影响网络诱导延时的主要因素
3．2．1 通信设备的通信(网络)协议
3．2．2 控制设备的驱动方式
3．3 通信协议和设备驱动方式选择标准
3．3．1 通信协议的选择
3．3．2 驱动方式的选择
3．3．3 延时测量实验
3．4 网络诱导延时的性质分析
3．4．1 静态整定算法的延时叠加性
3．4．2 动态整定算法的延时叠加性
3．5 本章小结
第四章 基于网络整定的类PD型模糊控制系统
4．1 引言
4．2 基于网络整定的类PD型模糊控制器的构建
4．2．1 解析描述的模糊控制器
4．2．2 类PD型模糊控制器
4．2．3 具有远程整定功能的类PD型模糊控制器
4．3 基于网络整定的类 PD型模糊控制系统中的延时分析
4．3．1 延时的假设
4．3．2 延时的叠加性
4．3．3 往返总延时的最大值
4．3．4 错序
4．4 通信网络对于控制性能的影响
4．5 控制性能分析
4．5．1 放大至最大延时
4．5．2 性能指标及性能下降函数的定义
4．5．3 性能下降函数的计算
4．5．4 性能下降函数的分析
4．6 本章小结
第五章 基于网络辨识的自适应控制系统
5．1 引言
5．2 基于网络辨识的自适应控制系统的原理
5．3 延时和错序现象分析
5．3．1 延时
5．3．2 错序
5．3．3 延时测量实验及分析
5．4 延时和错序对控制性能的影响
5．5 本章小结
第六章 基于网络辨识的自适应控制系统的解决方案初探(方案I)及其收敛性分析
6．1 引言
6．2 解决方案I—放大至最大延时策略
6．3 收敛性分析
6．4 本章小结
第七章 基于网络辨识的自适应控制系统解决方案再探(方案II、III)
7．1 引言
7．2 放大至最大延时方法存在的问题
7．3 解决方案II—改进的缓冲器法
7．3．1 辨识器端—按序处理策略
7．3．2 控制器端—过时就放弃策略
7．4 解决方案II的收敛性分析
7．5 解决方案III——主动丢包法
7．6 解决方案III的性能分析
7．7 本章小结
第八章 基于网络辨识的自适应模糊控制系统
8．1 引言
8．2 基于网络辨识的自适应模糊控制系统的原理
8．2．1 利用模糊逻辑逼近未知非线性函数
8．2．2 带死区的自适应控制算法
8．3 应用解决方案I后的收敛性分析
8．4 本章小结
第九章 总结与展望
9．1 全文总结
9．2 进一步工作的展望
9．2．1 基于网络整定的控制系统
9．2．2 全网络整定控制系统
9．2．3 从实时网络、实时控制到实时性能管理
附录A 仿真软件 NetAdaptive的设计与开发
A．1 引言
A．2 仿真软件包的设计目标
A．3 数字仿真软件NetAdaptive的开发
A．4 小结
参考文献
攻读博士学位期间公开发表的学术论文
攻读博士学位期间获得的软件著作权
攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢
发布时间: 2005-09-16
参考文献
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