基于网络整定的控制系统中网络诱导延时的分析及解决方法研究

《基于网络整定的控制系统中网络诱导延时的分析及解决方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海人学博士学位论文摘要随着信息技术的不断成熟与发展，通信网络作为传输媒介被广泛用于各种控制系统之中，在传统网络控制系统中，控制回路通过现场总线为代表的各种专用控制网络形成闭环。网络控制系统的出现，为自动化系统提供了一种先进、高效的底层通信与控制手段。同时，随着被控对象复杂度以及控制要求的不断提高，许多学者提出了各种类型的先进控制算法，其中包含针对被控对象的复杂辨识算法和针对控制器的参数整定算法，并利用参数估计、辨识获得的结果完成控制器参数的在线修正，这种方法在学术界获得了很高程度的认同。但由于底层控制器

2、的计算资源有限，难以完成复杂的辨识和整定算法，这是先进控靠0算法在实际应用中的瓶颈之一。于是，本文在传统的网络控制的基础上，创新地提出了基于网络整定的控制系统的思想，即利用通信网络上远程整定单元的计算资源完成复杂的整定算法，并实现本地控制器参数的在线修正，从而实现整定回路的网络闭环。由此，本地控制器得以可靠地完成简单的控制任务，而复杂的参数估计、辨识任务则由连接于通信网络之上的远程整定单元实现，这对解决先进控制的实际应用瓶颈具有重要的价值。本文的主要目的是研究基于网络整定的控制系统之中，网络传输的不确定现

3、象对于辨识、整定算法和控制算法的影响，并进一步探索使用通信网络对于系统控制性能和收敛性的影响，最后提出相应的解决方案来保证系统的稳定性及提高控制性能。具体研究成果如下：首先，提出了基于网络整定的控制系统的新概念。在此基础上，从通信和控制角度研究了闭合其整定回路的通信网络所存在的主要不确定现象一网络诱导延时的各种性质，分析了网络诱导延时的组成成分和诱发延时的主要因素一通信协议和控制设备，为研究网络诱导延时对于系统性能和稳定性的影响提供基础。此外，根据远程整定单元对于通信网络中数据传输次序的敏感程度，把整定算

4、法分为静态和动态两种类型分别进行研究。第二，本文采用连接于通信网络之上的远程整定单元在线修正本地控制器的参数，提出并构建了采用静态整定算法的基于网络整定的类PD型模糊控制系统，其中本地控制器完成简单的控制信号计算和输出，而参数整定过程在远程整定单元中实现。针对整定回路中的网络诱导延时，构建了由延时引发的性能下降函数，提出了定量分析延时对于系统控制品质影响的方法。另外，在性能下降函数的基础上，提出并建立了最大可容许延时和最大性能下降的概念，为基于网络整定的控制系统的分析与设计提供了～种简单、可行的途径。第{

5、页上海人学博士学位论文摘要第三，针对经典的自适应控制系统包含内环和外环，借助通信网络实现外环(整定回路)内的信息传输，使得辨识(参数估计)过程经由通信网络闭环，由此提出并构建了一种采用动态整定(辨识)算法的网络整定控制系统一基于网络辨识的自适应控制系统，其中远程整定单元(即辨识器或参数估计器)完成对象参数的辨识或估计，而本地控制器根据辨识获得的参数产生控制信号。通过大量实验表明，随机时变的网络诱导延时可能导致控制系统参数估计不收敛以致控制系统输出不收敛。第四，针对基于网络辨识的自适应控制系统中数据传输的错

6、序问题，提出了辨识器端和控制器端产生数据错序的判断方法，在此基础之上利用时间标签和缓冲器技术提出了一种放大随机时变延时至固定最大延时的解决方案(解决方案I)和改进的缓冲器法(解决方案II)，并在理论上严格证明了控制系统的输出收敛性。随后，针对通信品质和控制品质相互关联的特点，在解决方案I基础之上，进一步提出了综合考虑通信品质和控制品质的主动丢包法(解决方案lid，提升了系统的控制品质和实用性，仿真结果也验证了其有效性。最后，在基于网络辨识的自适应控制系统基础之上，针对仿射非线性对象，进一步提出和构建了基于

7、网络辨识的自适应模糊控制系统，并理论证明了解决方案I同样能够保证其输出收敛性。由此表明：本文提出的解决方案对于考虑不同类型被控对象、采用不同的整定(辨识)算法的一般系统仍然有效，并进一步说明了基于网络整定的控制系统的可行性和所提出的解决方案的泛化性。关键词：通信网络，网络诱导延时，错序，丢包，模糊控制，自适应控制，收敛性第1I页上海犬学博士学位论文AbstractWiththeadventandrapiddevelopmentofinformationtechnologies．communicationn

8、etworksarebeingusedaspopulartransmissionmediumincontr01systems．Intraditionalnetworkedcontrolsystems(NCSs)．con仃olloopiSclosedthroughspecialcontrolnetworkswithd俏brentincamations：DeviceNet．ControlNet．Proflbus，Modbus，et