網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)同步控制性能研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS（Networked Control System）是當(dāng)前自動(dòng)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在實(shí)際應(yīng)用中，很多控制系統(tǒng)都有同步控制設(shè)計(jì)要求。將網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)引入這些控制系統(tǒng)，可使其具有 NCS的優(yōu)點(diǎn)。但因 NCS存在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，故控制系統(tǒng)的同步控制性能會(huì)有所下降，而且網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的不確定性也會(huì)加大 NCS同步控制的難度。提高 NCS的同步控制性能對保證 NCS分布式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作的協(xié)調(diào)一致性、NCS控制決策的準(zhǔn)確性以及系統(tǒng)的整體性能是

2、非常重要的。因此，對 NCS同步控制性能的研究具有重要的理論意義及應(yīng)用價(jià)值。
　　本文針對實(shí)際應(yīng)用中存在的主要的兩類同步控制要求，研究NCS的同步控制特性：一類是對NCS不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)相同控制命令的時(shí)間同步要求，另一類是對NCS多個(gè)被控對象在相同時(shí)刻輸出響應(yīng)滿足一定函數(shù)關(guān)系的量值同步要求。在對國內(nèi)外關(guān)于NCS同步控制性能研究現(xiàn)狀及進(jìn)展進(jìn)行分析和綜述的基礎(chǔ)上，從建立NCS同步控制性能評價(jià)指標(biāo)入手，首先對NCS信息傳輸特性進(jìn)行了分析

3、和研究，然后在此基礎(chǔ)上從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作方式、智能控制器設(shè)計(jì)等方面提出了提高NCS同步控制性能的多種控制策略，并進(jìn)一步對 NCS同步控制性能進(jìn)行了仿真研究。
　　目前雖然已有一些關(guān)于控制網(wǎng)絡(luò)的性能評價(jià)指標(biāo)，但還沒有明確的針對NCS同步控制性能的評價(jià)指標(biāo)。為解決NCS應(yīng)用設(shè)計(jì)中不同類型的同步控制要求下的同步控制性能的評價(jià)問題，提出了NCS同步控制性能評價(jià)指標(biāo)，包括輸入同步、輸出同步、被控對象輸出響應(yīng)同步等同步控制性能評價(jià)指標(biāo)，討論了控制

4、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)性能評價(jià)指標(biāo)；充分考慮NCS同步控制性能評價(jià)指標(biāo)、NCS穩(wěn)定性要求及動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)以及網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，提出了NCS同步控制性能的綜合評價(jià)方法；對影響 NCS同步控制性能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘、網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作方式、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度等主要因素進(jìn)行了分析和研究。
　　NCS的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)間是影響其同步控制性能的重要因素之一。為研究NCS的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)間特性，建立了包括一般意義上的NCS傳輸時(shí)間分析模型、時(shí)間補(bǔ)償同步控制時(shí)

5、間分析模型和等時(shí)同步模式下的時(shí)間模型在內(nèi)的NCS網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)間分析模型。針對PROFIBUS NCS，在研究其令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)訪問機(jī)制的基礎(chǔ)上，建立了相應(yīng)的信息傳輸時(shí)間分析模型，搭建了PROFIBUS-DP NCS的實(shí)驗(yàn)平臺，給出了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)間實(shí)驗(yàn)測量方法，進(jìn)行了NCS的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)間特性實(shí)驗(yàn)研究，為研究NCS傳輸性能、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同步控制誤差、實(shí)現(xiàn)NCS網(wǎng)絡(luò)時(shí)延預(yù)測補(bǔ)償同步控制提供了參考數(shù)據(jù)。
　　為實(shí)現(xiàn)NCS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的同步輸入或

6、同步輸出控制，對NCS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作方式提出了分組同步控制思想、改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組合驅(qū)動(dòng)方式、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)時(shí)間補(bǔ)償控制與設(shè)置節(jié)點(diǎn)的全局狀態(tài)觀測器等控制策略。研究表明，分組同步控制可以更有效地提高節(jié)點(diǎn)的同步控制性能；所提出的改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組合驅(qū)動(dòng)方式是一種兼顧了最小同步誤差和最少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的同步控制節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式；所提出的利用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)對節(jié)點(diǎn)的同步控制信號響應(yīng)時(shí)間補(bǔ)償策略，可以減小因網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間差異而造成的同步誤差；建立在NCS控制器節(jié)點(diǎn)的全局

7、狀態(tài)觀測器根據(jù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)信息，計(jì)算出同步控制變量決定 NCS節(jié)點(diǎn)的同步控制行為，從而提供了一種可行的、有實(shí)用價(jià)值的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)同步控制的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)思路。
　　以對NCS信息傳輸特性的分析為基礎(chǔ)，按照 NCS的控制任務(wù)連續(xù)完成順序，建立了基于Matlab/Simulink的模塊化NCS仿真模型，并進(jìn)行了NCS同步控制性能的仿真研究。提出了一種改進(jìn)的Fuzzy和Smith補(bǔ)償聯(lián)合控制策略。仿真研究結(jié)果表明，該策略可以改善網(wǎng)