模型预测控制在网络闭环控制中的应用研究

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1、模型预测控制在网络闭环控制中的应用研究苏小会，吴转峰，徐淑萍（西安工业大学计算机学院）摘要：在基于Internet的远程控制系统中，由于通过Internet进行信息传输的时间延时的不确定性对实时闭环控制系统的设计带来的较大的困难。本文研究了网络传输延时对网络闭环控制系统的影响，提出了通过基于神经网络的预测控制方法解决存在网络随机延时的控制系统闭环控制的可行性.仿真结果表明该方法能够反映并预测该测量数据所代表的网络路径之间的时延特性,并能在基于Internet的闭环控制系统的设计中有效地替代实际网

2、络进行研究;而所用的方法具有快速、准确的特点,能用于在线学习网络模型并对网络的时延值进行预测,为基于Internet的远程闭环控制提供了新的思路。关键词：远程控制；网络时延；模型预测控制中图分类号：TM343文献标识码：ATheResearchofNetworkClosed-loopControlBasedontheModelPredictiveControlSuXiao-hui,WuZhuan-feng,XuShu-pingCollegeofComputerofXi’anTechnologic

3、alUniversity,Xi’an710072ChinaAbstract:Becauseoftheuncertaintyofnetworktime-delayintheremotecontrolsystembasedontheInternet,whichwillbringgreaterdifficultytothedesignoftheclosed-loopcontrolsystem.Theinfluenceofthenetworktransmissiondelayontheclosedloo

4、pcontrolsystemisresarched,thepredictivecontrolmethodbasedontheneuralnetworkisproposedinthepaper.Themethodprovidethefeasibilitytosolvetherandomdelayofnetworkcontrolsystem.ThesimulationresultsshowthatthemodelcaneffectivelysubstitutetheactualnetworkinIn

5、ternet-basedclosedloopcontrolsystemresearchundertime-delaycondition;themethodsusedinthemodeling,duetothevirtueofspeedinessandexactness,iscapableoflearnandpredictthenetworktime-delayonline,thisgivesanewideainInternet-basedremoteclosed-loopcontrol.Keyw

6、ord:remotecontrol;networktime-delay;modelpredictivecontrol71引言网络控制系统是控制技术和网络通讯技术的融合，稳定、快速、准确依然是网络控制系统中追求的最终目标[1]。基于Internet这样的复杂的计算机网络上的远程控制，由于信息在网络上的传输及处理均需要时间，对于信息的发送方和接收方来说都可以看作网络的传输产生的延时，传输延时的存在使得网络的实时性受到限制，这是由网络系统的固有属性决定的响应时间，是不可避免的。传输延时的大小即其响应时

7、间除了和网络的结构有关外，还与传送的数据量及传送的时间有关以及所用的传输协议密切相关[2]。计算机网络中通用的TCP/IP协议用于可靠传输，可以确保将一台计算机上的数据包发送到另一台计算机，但并不保证数据包的到达时间[3]。事实上，数据包在到达目的地前延时数小时或数天，在理论上都是可能的。网络时延的存在及其不确定性不利于实现基于网络的闭环控制，因为在这样的系统中，网络的传输延时不但出现在系统的前向控制通道，还出现在信息的反馈通道中。反馈通道中的延时使得控制器不能及时发觉被控变量的变化情况；前向控

8、制通道中的延时使得控制信号不能及时作用于被控对象[4]。这些因素不但对系统的动态品质有影响，还会影响系统的稳定性。7具有网络传输延时环节的闭环控制系统的传递函数的特征方程是复变量s的超越函数，所以特征方程的根不再为有限多个，而是无限多个。这也是时滞系统的一个重要特点，所以从信息传输的角度来看，网络延时闭环系统时间上就是一个在前向通道和反馈通道中都包含了传输延时的时滞系统。对大多数线性控制系统来说，时滞的存在造成消极的作用，使系统由稳定变为不稳定[5]。因此，对时滞系统进行稳定性分析和控制器的设计