基于新型Smith預(yù)估器的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，傳感器與控制器，控制器與執(zhí)行器之間的數(shù)據(jù)傳輸通常存在著不確定的網(wǎng)絡(luò)延遲.延遲的大小和屬性與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大小等因素有關(guān)，呈現(xiàn)出隨機(jī)、時(shí)變與不確性.延遲的存在嚴(yán)重惡化系統(tǒng)的控制品質(zhì)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定.因此，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)延遲的分析與研究具有極其重要的意義。 本學(xué)位論文基于經(jīng)典Smith預(yù)估器原理，提出了兩種新型Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方法，并將其擴(kuò)展到有線(無線)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，有線(無線)多回路網(wǎng)絡(luò)控

2、制系統(tǒng)，有線(無線)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和有線與無線混雜的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究中。新型Smith預(yù)估器適用于網(wǎng)絡(luò)延遲是隨機(jī)、時(shí)變和不確定，大于數(shù)個(gè)乃至數(shù)十個(gè)采樣周期，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)存在一定量的數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合。 新型Smith預(yù)估器具有以下特點(diǎn)： (1)從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲和被控對(duì)象純滯后的雙重Smith動(dòng)態(tài)預(yù)估補(bǔ)償控制.其控制結(jié)構(gòu)極為簡單，基于智能節(jié)點(diǎn)，補(bǔ)償器是易于實(shí)現(xiàn)的，因而具有廣泛的工程應(yīng)用前景； (

3、2)實(shí)現(xiàn)了將前向通路的網(wǎng)絡(luò)延遲和被控對(duì)象純滯后從閉環(huán)回路中移到閉環(huán)回路外，將反饋通路的網(wǎng)絡(luò)延遲從控制系統(tǒng)中徹底消除.進(jìn)而消除了網(wǎng)絡(luò)延遲和被控對(duì)象純滯后對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的控制性能質(zhì)量； (3)由于徹底消除了反饋通路的網(wǎng)絡(luò)延遲，同時(shí)又不影響傳感器輸出信號(hào)經(jīng)反饋通路實(shí)時(shí)在線地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而無需對(duì)反饋通路的流量實(shí)施網(wǎng)絡(luò)調(diào)度：一方面，可以比靜態(tài)或動(dòng)態(tài)調(diào)度更為有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源.另一方面，提高了網(wǎng)絡(luò)控制系

4、統(tǒng)對(duì)反饋通路數(shù)據(jù)包丟失的魯棒性； (4)新型Smith預(yù)估器是一個(gè)實(shí)時(shí)、在線的動(dòng)態(tài)預(yù)估器，其實(shí)現(xiàn)模型中不再包含所有網(wǎng)絡(luò)延遲的預(yù)估模型，信息流所經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)延遲是控制過程中真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)延遲.無需對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲進(jìn)行在線測(cè)量、估計(jì)、或辨識(shí)，從而，降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào)同步的要求.避免了對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲進(jìn)行估計(jì)時(shí)，由于模型不準(zhǔn)確所造成的估計(jì)誤差。避免了對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲進(jìn)行辨識(shí)時(shí)，所需耗費(fèi)大量節(jié)點(diǎn)存貯資源的浪費(fèi)。同時(shí)，還避免了由于網(wǎng)絡(luò)延遲造成的空采樣或多采

5、樣帶來的補(bǔ)償誤差； (5)基于智能節(jié)點(diǎn)，既可以在控制器和被控對(duì)象端實(shí)施，也可以單獨(dú)在被控對(duì)象端實(shí)施。改變了傳統(tǒng)Smith預(yù)估器通常只在控制器端實(shí)施的單一選擇方案，為新型Smith預(yù)估器的工程實(shí)施提供了靈活的選擇； (6)仿真研究表明：新型Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方案，在網(wǎng)絡(luò)延遲是隨機(jī)、時(shí)變和不確定，大于數(shù)個(gè)乃至數(shù)十個(gè)采樣周期，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)存在一定量的數(shù)據(jù)包丟失，預(yù)估模型與被控對(duì)象真實(shí)模型及參數(shù)存在較大誤差或不匹配時(shí)，系統(tǒng)具有較