基于预测控制及模糊补偿网络控制系统的研究

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1、／㈣基于预测控制及模糊补偿的网络控制系统的研究摘要传统控制系统点对点的通信模式，在工业过程中成功地应用了几十年，然而，随着物理设备和系统功能的扩充，点对点的通信模式在控制系统的信号传输中己达到了它的应用极限。而具有通用总线结构的网络系统，通过网络实现传感器、控制器及执行器间数据的传输和交换，以完整的体系结构、分布式的操作运行模式、相对独立又能很好互联的通信方式、非常节省的布线和信号可靠性显示出种种优点。这种控制回路通过物理通信网络闭环的控制系统称为网络控制系统(NetworkedControlSystem，NCS)。同时，由于网络的引入，也带来了

2、一些不可避免的问题。其中网络传输时延的存在会大大降低控制系统的性能，甚至会使系统不稳定，所以，时延问题成为网络控制系统最受关注的问题之一。本文的主要工作及成果如下：(1)介绍了网络控制系统的研究背景及研究现状，阐述了由于通信网络的引入给网络控制系统带来的基本问题，并主要讨论了网络控制系统存在的时延问题，包括时延的组成及对于不同的控制网络时延表现为不同的特性(定常或时变、确定或随机)，介绍了预测控制与模糊控制的产生背景、发展及基本原理。(2)针对网络控制系统的时延问题，提出了一种具有模糊补偿的预测控制算法：设计广义预测控制器并对前向时延(控制器—执

3、行器时延)进行补偿，采用模糊推理对预测误差进行补偿，控制量为广义预测控制量与模糊补偿量之和。(3)介绍了TrueTime工具箱，基于TrueTime建立网络控制系统平台，分别运用传统GPC算法和具有模糊补偿的GPC算法进行控制，仿真结果表明，所提出的控制策略有效且优于传统GPC算法。关键词：网络控制系统时延预测控制模糊控制TrueTime工具箱RESEARCHOFNETWORKEDCONTROLSYSTEMBASED0NGPCANDERRORCORRECTIONUSINGFUZZYINFERENCEABSTRACTTraditionalcontr

4、olsystemspoint-to-pointcommunicationmodelhasbeensucessfullyappliedinindustryfordecades，however,withexpansionofphysicalequipmentsandsystemfunctions，point-to-pointcommunicationmodeofsignaltransmissionincontrolsystemhasreachedthelimitofitsapplication．Ⅵmile．thenetworksystemhasall

5、universalbusstructure，datatransferandswitchbetweensensorandcontroller,controllerandactuatorthroughthenetwork，demonstratestheadvantagesofcompletearchitecture，distributedoperatingmode，independentandbettercommunicationinterconnection，greatsavingsinwiringandsignalreliability．This

6、kindoffeedbackcontrolsystem．whereinthecontrolloopisclosedviathecommunicationnetworkiscallednetworkedcontrolsystem(NCS)．Atthesametime，thenetworkintroducedtothecontrolsystemwillinduceseveralproblemsthatcallnotbeavoided，ofwhich，theexistenceoftimedelaywilldeterioratetheperformanc

7、eofthesystem，woremore，itwillmakethesystemnotstable．Therefore，thetimedelayisoneofthemostconcernedissuesinnetworkedcontrolsystem．Themainworksandoutcomesofthisthesisareasfollows：(1)ThebackgroundandtheStatosofthenetworkedcontrolsystemalebrieflyintroduced；thebasicproblemsbroughtby

8、theintroductionofcommunicationnetworkareillustrated；thetimedelayprob