网络环境下的倒立摆控制研究

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文摘要网络控制系统（NCS）是复杂控制系统和远程控制系统的客观需求，与传统的点对点式的控制系统相比，NCS具有信息资源能够共享、连线少、易于系统扩展和维护、可靠性和灵活性高等优点。但同时由于网络通信带宽的限制，数据传输不可避免的存在延时、丢包、多包传输等问题，导致网络性能下降甚至不稳定。倒立摆系统的控制研究长期以来被认为是控制理论及其应用领域里引起人们极大兴趣的问题。它是检验各种新的控制理论和方法的有效性的著名实验装置。作为一个高阶、非线性不稳定系统，倒立摆的稳定控制相当困难，对该领域的学者来说是一个极具挑战性的难题。本论文主要涉及以下几方面内容：首

2、先，本文对网络控制系统进行了介绍，指明了网络控制系统的特点以及今后研究的方向。其次，本文建立了倒立摆系统的数学模型，接着介绍一种在MATLAB环境下的实时控制系统的TrueTime仿真工具箱，以倒立摆系统为被控对象，来研究网络控制系统中各种情况如干扰节点带宽、网络传输速率、网络延迟等对系统控制性能的影响。接着，用经典PID控制以及模糊控制来进行对倒立摆的控制，并研究在网络延迟下的控制效果。从SIMULINK的仿真结果中可以看出，当时延增大时该方法无法对倒立摆系统进行稳定控制。为了更好的解决网络控制系统中的时延问题，提出了一种控制方法：模糊-预测函数控制。该方法将模糊控制与预

3、测函数控制相结合，并用TrueTime在网络环境下对倒立摆系统进行了仿真，并对比模糊控制的控制效果，证实了此方法比模糊控制效果更好。分析和实例证实了该仿真工具箱能够仿真多任务实时控制系统，以及在研究实时控制系统的方便性和灵活性。最后，本文结合CAN总线的特性，给出了网络控制倒立摆系统的实验平台设计方案。关键词：网络控制系统；倒立摆；TrueTime工具箱；模糊-预测函数控制I内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractNetworkedcontrolsystem(NCS)isobjectivelyneededbycomplicatedcontrolsystemsandremo

4、tecontrolsystems，Comparedwiththetraditionalpoint-to-pointcontrolsystems,NCShasenormousadvantagessuchastheinformationresourcescanbeshared,lesslineconnecting,easytosystemextensionandmaintenance,higherreliabilityandflexibility,andsoetc.However,problemssuchasnetwork-induceddelay,packetsdropout

5、,andmultiple-packettransmissionareunavoidablebecauseoftheconstraintsofthecommunicationbandwidth,anditcandegradetheperformanceofcontrolsystemsevenmakecontrolsystemunstable.Thecontrolofinvertedpendulumsystemhasbeenconsideredanintriguingproblemforalongtimeincontroltheoryanditsapplicationfield

6、.Itiswellknownasatestbedfornewcontroltheoryandtechniques.Asahigher-ordernonlinearandunstablesystem,thestabilitycontrolofinvertedpendulumsystemisverydifficultanditisaprimarychallengeforresearchersinthisfield.Thefollowingpartswereincludedinthepaper:First,thenetworkcontrolsystemwasintroducedi

7、nthispaper,thenpointedoutthecharacteristicsofthenetworkcontrolsystemandthedirectionoffutureresearch.Secondly,thispaperestablishesthemathematicalmodelofpendulum,thenintroducesaTrueTimeSimulationToolboxusedinreal-timecontrolsysteminMATLABenvironment，thenanalysis