網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的延遲補償研究.pdf

1、伴隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)因其模塊性和集成性受到限制，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control System，NCS)應(yīng)運而生并在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。它與傳統(tǒng)點對點式的控制系統(tǒng)的最大區(qū)別在于控制系統(tǒng)的各職能設(shè)備(傳感器，控制器和執(zhí)行器等)分布在不同的地域空間，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)和信息的交換，并且各節(jié)點具有計算、分析、處理和通信的能力。NCS具有成本低、可靠性高、安裝簡單、可實現(xiàn)遠程操

2、作與控制、便于實現(xiàn)系統(tǒng)診斷和維護等優(yōu)點。
　　雖然網(wǎng)絡(luò)化控制有諸多優(yōu)勢，但是在系統(tǒng)中插入通信網(wǎng)絡(luò)使得信息的傳輸需要耗費一定的時間，因此網(wǎng)絡(luò)中的時延問題是不可避免的。網(wǎng)絡(luò)時延的存在增加了分析和設(shè)計網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的難度，降低了系統(tǒng)的控制性能，甚至可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以，減小系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時延或?qū)W(wǎng)絡(luò)時延做出補償對提高控制系統(tǒng)的性能有積極的意義。
　　首先，本文分析網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中時延產(chǎn)生的原因、特性并建立系統(tǒng)模型，利用 Lyapun

3、ov函數(shù)推導(dǎo)出使得系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的充分條件。之后分析存在于通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)丟包的產(chǎn)生機理并建立等效模型，結(jié)合異步動態(tài)系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的定理和推論得出保證具有數(shù)據(jù)丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的條件。
　　其次，本文在 MATLAB/Simulink仿真環(huán)境下以一直流電機模型為被控對象分析網(wǎng)絡(luò)時延對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的影響，并用Smith補償器對時延進行補償，初步解決時延對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的影響?？紤]到Smith補償器是基于精確的數(shù)學(xué)模型，為克服

4、模型變化給系統(tǒng)帶來的影響，采用預(yù)估補償和不完全微分先行相結(jié)合的控制方法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時延補償。
　　然后，考慮到網(wǎng)絡(luò)離散的特性，利用SimEvents離散時間仿真工具箱建立較符合實際網(wǎng)絡(luò)情況的網(wǎng)絡(luò)模型并結(jié)合Simulink工具箱構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型，并采用Smith補償器結(jié)合模糊免疫PI控制的方法，根據(jù)控制量的變化對PI控制器參數(shù)進行調(diào)節(jié)，通過選擇合適的參數(shù)，有效地改善系統(tǒng)的控制性能。仍以直流電機為被控對象進行仿真研究，