网络控制系统的控制与调度研究（褚雪芹）

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1、东北大学秦皇岛分校网络控制系统的控制与调度研究导师：井元伟教授答辩人：褚雪芹1绪论2基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计3网络控制系统的模糊调度算法研究4NCS的控制与调度协同设计研究5结论与展望全文结构1.1研究背景第1章绪论图1.1网络控制系统结构NCS的基本问题：网络诱导时延、数据包丢失、数据包时序错乱、单包和多包传输、节点的驱动方式、信息调度、控制与调度协同设计。1.1研究现状第1章绪论对NCS的控制器设计主要研究多是针对时延。NCS的调度算法，在基于通信协议的基础上，多是开环调度。NCS的控制与调度系统设计，多是以采样周

2、期为纽带，求解多目标优化问题，通过优化采样周期，获得较好的综合性能。2.1网络诱导时延第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计图2.1具有时延的NCS的结构图图2.2具有模糊逻辑时延补偿的NCS的PID控制框图2.2基于模糊逻辑补偿的NCS控制器设计1.控制器设计第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计模糊PID控制器输出为其中，，，是传统PID控制器的比例、积分和微分增益。（2.1）2.2基于模糊逻辑补偿的NCS控制器设计图2.3输入变量和输出变量的隶属函数第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计模糊控制规则如下i

3、fisSmall，thenifisLarge，then。其中，，，是和对应的跟随参数。2.2基于模糊逻辑补偿的NCS控制器设计2.跟随参数的调整性能指标：传统的数字PID控制器的差分方程如下：根据最速下降算法可知：第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计式中，是输入变量的隶属度函数。（2.2）（2.3）（2.4）（2.5）（2.6）2.2基于模糊逻辑补偿的NCS控制器设计根据以上各式进行求导可得：其中，，是下降速率。第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计（2.7）（2.8）（2.9）（2.10）2.2基于模糊逻辑补偿的N

4、CS控制器设计3仿真研究被控对象为一直流电机，其动态模型（传递函数形式）如下：给定阶跃指令信号取50r/sec，采样周期为1s，网络诱导时延由高斯随机数字发生器产生。图2.4基于网络控制的直流电机的阶跃响应第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计2.3基于Smith预估模糊逻辑补偿的NCS控制器设计第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计图2.5具有Smith预估模糊逻辑的网络控制系统结构图闭环系统传递函数为：其中，，从而有经过Smith预估补偿后，系统的特征方程不再包含时延环节，只是将控制过程推迟了时间。2.3基于Smi

5、th预估模糊逻辑补偿的NCS控制器设计第2章基于模糊逻辑时延补偿的NCS的控制器设计2.6系统响应图第3章网络控制系统的模糊调度算法研究第3章网络控制系统的模糊调度算法研究图3.1采用调度器的NCS的结构图图3.2模糊动态调度原理图3.1NCS的模糊动态调度算法设计步骤：(1)定义模糊控制的输入输出变量;(2)确定各输入输出变量的变化范围、量化等级;(3)定义模糊子集以及相关的隶属度函数;(4)确定模糊控制规则;(5)模糊决策;(6)解模糊。第3章网络控制系统的模糊调度算法研究图3.5输入变量和的隶属函数图3.6输出变量的隶属函数3.

6、1NCS的模糊动态调度算法设计3.1模糊动态调度器设计5.模糊推理选用MIN-MAX-重心法（Mamdani）方法求取输入输出的模糊关系R，然后根据模糊关系R推导输出的模糊量。考虑一下模糊推理形式：…规则n：前提：规则1：规则2：结论：由前提和各模糊规则“”可以得到推理结果为上式的最终结论是由综合推理结果得到的，即（3.1）（3.2）第3章网络控制系统的模糊调度算法研究PiEi-4-3-2-101234ECi-4112223344-3122333444-2223344455-133444554403445554431445544433

7、255455333235443332214443322211表3.4模糊控制表本文选取MIN-MAX-重心法求取输出量的真实值，其计算公式如下：PiEiNBNSZEPSPBECiNBPSPSBSPSMSPSSMBPSZEPSMPBMPSPSPSBMSMPSPBPSSSPSPS表2.3模糊规则表3.1模糊动态调度器设计第3章网络控制系统的模糊调度算法研究（3.3）3.2NCS的变采样周期模糊调度算法研究第3章网络控制系统的模糊调度算法研究1采样周期对控制系统的影响图3.7采用周期对控制系统性能的影响3.2NCS的变采样周期模糊调度算法研

8、究图3.8变采样周期调度算法NCS模型第3章网络控制系统的模糊调度算法研究网络利用率的预估由图3.1可知，网络状态控制器的输入为当前的网络利用率真实值与期望值之间的偏差：网络状态控制器采用比例控制策略，则网络利用率调节量