基于时延补偿机理的网络化输出反馈控制器设计

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.9(2014)090205基于时延补偿机理的网络化输出反馈控制器设计安宝冉1)y刘国平1)2)1)(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150080)2)(南威尔士大学工程学院,英国庞特普里CF371DL)(2013年12月15日收到;2014年1月6日收到修改稿)本文考虑前向和反馈通道均存在网络时延的网络化控制系统,提出了一种新的动态输出反馈控制器的设计方法.针对状态可测和不可测两种情况,整个设计过程采用不同的时延补偿机理,来主动地消除网络时延的影响.同

2、时,讨论了闭环网络化控制系统的稳定性.最后的仿真实例表明了该方法的有效性.关键词:网络化控制,时延补偿机理,动态输出反馈,稳定性PACS:02.30.Yy,02.30.KsDOI:10.7498/aps.63.090205低网络时延对网络化控制系统的影响.事实上,如1引言何以主动的方式补偿网络时延并在保守性较弱的假设条件下设计控制器,已成为网络化控制研究领网络化控制系统(networkedcontrolsystems,域中一个极具挑战性的课题.NCS)集成了自动控制技术、网络通信技术及微电本文对时延大于一

3、个采样周期的网络控制系子技术的发展,已成为近年来国际控制领域研究统进行了研究,从控制角度提出了基于受控对象模的热点课题[1−4].与传统的控制系统不同,它通过型的网络时延主动补偿机理,并分别针对状态可测通信网络,将控制系统中分布在不同地域空间的和状态不可测的控制系统,采用不同的时延补偿策传感器、控制器和执行器联接组成闭环反馈控制回略来设计动态输出反馈控制器,并给出了网络化闭路,各设备节点间数据和信息的传输通过网络实环控制系统渐近稳定的充要条件.现[5−8],因而具有安装成本低,易于维护和扩展,效率高等优势

4、,更适用于大地域分布式系统.但正是2基于时延补偿机理的动态输出反馈由于控制回路中引入了网络,网络化控制系统的设控制器设计计,不可避免地遇到了传统控制理论不需要考虑的问题:网络时延、数据丢包、采样方法、数据传输策由于通信网络在控制系统中的不同分布,网络略.为解决这些问题,目前已采用许多方法,比如化控制系统有许多不同的结构,例如网络可以存在增广确定性离散模型,最优随机控制,摄动方法,鲁于传感器与控制器之间,存在于执行器与控制器之棒控制,模糊逻辑调制,事件驱动控制,混杂系统稳间,或者存在于参考信号与控制器之间.

5、本文研究定性分析[9−11].然而,就解决网络延时而言,大多的网络化控制系统分布结构如图1所示.数方法对网络化控制系统进行了一些严格的假设,考虑如下线性离散受控对象:比如网络时延小于一个采样周期[12],并直接利用x(t+1)=Ax(t)+Bu(t);时滞系统的理论结果来设计网络化控制器[13].这y(t)=Cx(t);(1)些方法,带有极大的保守性,只能以被动的方式降国家自然科学基金重点项目(批准号:61333003)和国家自然科学基金面上项目(批准号:61273104)资助的课题.†通讯作者.E-m

6、ail:baoranan@126.com©2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn090205-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.9(2014)090205其中,状态向量x(t)2Rn,输出向量y(t)2Rl,输z^(tk+1jtk)=Fz(tk)+Hy(tk);(3)入向量u(t)2Rm,此外,A2Rn×n,B2Rn×m,其中,C2Rl×n为系统矩阵.针对线性系统(1),为实x^(tijtj)2Rn

7、(i

8、i1jtk)ԠᏦ+Bu(tk+i1);଍ᣥКr↼t↽ᣥКu↼t↽ੰᎪፏӑ௑णᛪϪᛡz^(tk+ijtk)଍٨٨ᜂ=Fz^(tk+i1jtk)଍Ꭺፏࠫ+HCx^(tk+i1jtk);(4)᧚฾៶ᣥѣy↼t↽͜ਖ其中,i=2;3;


;k+.根据假设2—4,显然k与٨是固定常数.从tk时刻至tk+1时刻所有的控制输入,均能在控制器端计算得到,其中部图1网络化时延补偿控制系统分控制输入不能在t时