网络控制系统及其预测控制算法研究

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1、浙江t业大学硕士学位论文网络控制系统及其预测控制算法研究摘要随着自动控制、微电子技术的发展，大量智能控制芯片和智能传感的不断出现，网络化的控制系统已成为工业控制领域研究的热点。它体现了控制系统向网络化、集成化、分布化、节点智能化发展的趋势。作为对传统的点对点通讯的代替，网络控制系统的公共总线网络结构提供了更有效的可重构性，更好的资源利用率，减少了安装和维护成本。然而，网络的介入使得控制系统的分析变得更加复杂，传统的方法面临挑战，这主要是由于传输时延引起的。这个时延特性可以是常数，有界的，时变的，或是随机的，依赖于采取的网络通信协

2、议和硬件设备。本文以网络控制系统为研究对象，首先介绍了其特点、．模型、协议，以及采样与性能的关系；再在研究了大量文献的基础上，从网络时延，采样周期，抖动，数据包丢失，网络调度，稳定性六个方面具体分析了这些因素对网络控制系统的性能影响，并总结了前人的主要研究成果，评价了相应的处理方法和技术。然后介绍了网络性能测度和控制性能品质，分析了采样周期和网络时延之问的关系，以及它们对系统稳定性的影响，并通过仿真验证了一类积分控制器的稳定区域。针对由于随机网络时延的不确定性可能导致的空采样、采样拒绝和丢l浙江工业丈学硕士学位论文包现象，本文提

3、出了一种基于模型预测控制(MPC)的方法来处理这些影响控制系统性能甚至引起系统不稳定的问题，并与现存的TOD(try—once—discard)策略进行了比较。仿真结果表明新算法能提高控制性能。最后以水槽液位控制装置为控制对象建立一个网络控制系统，并将模型预测控制MPC方法应用于这个水槽实验系统中，通过具体的实验分析，验证了MPC控制算法在网络控制系统中应用’的可行性。且为进一步的研究提供了软件实验平台。关键字：网络控制系统，模型预测控制，空采样，采样拒绝，网络时延浙江工业大学硕士学位论文ASTUDYONNETWORKEDCON

4、TROLSYSTEMANDITSMODELPREDICTIVECONTROLMETHODSABSTRACTWiththedevelopmentofautomaticcontrolandmicro—electronicstechnology,increasingproductionofalotofintelligentizedchipandsensor,theresearchinjndustrialconffolfieldhavebeenfocusedonnetworkedcontrolsystemfNCS)．NCSindicat

5、esthedevelopmenttrendofcontrolsystemtowardnetwork，integration，distributionandintelligentizednodes，Asanalternativetotraditionalpoint-to—pointcommunication，NCSoffersmoreefficientreconfigurability,betterresourceutilization，andalsoreducesinstallationandmmntenancecostHowe

6、ver，theinsertionofthecommunicationnetworkleadstotheuncertaintyoftimedelaybetweensensors，actuators，andcontrollers，whichmakestheanalysismorecomplexandchallengestoconventionaltechniques。Thedelaysmaybeconstant，bounded，time-varying，orstochastic，dependingonnetworkcommunica

7、tionprotocolandhardwaredeviceweadopted．FirStlNthepaperintroducesthetraits，model，protocolofNCS，andtherelationsofsamplingandsystemperformance；analyzessixIII浙江工业大学硕士学位论文fundamentalissuesthatinfluenceperformanceofNCSrespectivelynetwork—induceddelays，samplingperiod，jitter

8、，datapacketdropout，networkschedulingandstability．Manyresearchresultsaregivenandrelatedhandlingapproachesareremarked．Then，thepaperpr