基于時間序列方法的網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測與改進型廣義預(yù)測控制算法在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(networked control system，NCS)是通過通信網(wǎng)絡(luò)將分布于不同地理位置的控制器、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)相互連接，形成一種遠程分布的實時反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。NCS的特點呈現(xiàn)了控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、分布化、集成化的發(fā)展趨勢。然而，由于通信機制與傳輸協(xié)議，以及網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點共享有限帶寬等原因，當控制器、傳感器和執(zhí)行器通過網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換時，將不可避免的出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞、網(wǎng)絡(luò)擁塞等情況，導(dǎo)致發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸時延、數(shù)據(jù)包時序錯亂、數(shù)據(jù)

2、包丟失等問題。導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能下降，嚴重時會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性的問題。因此，本文針對NCS中的時延和丟包進行研究與補償。
　　首先，本文介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概念，組織結(jié)構(gòu)與特點。提出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中時延和丟包的問題與產(chǎn)生原因，對控制系統(tǒng)的影響，以及其它一些相關(guān)問題，并簡述了許多國際國內(nèi)的學(xué)者對于時延與丟包問題的處理方法。
　　為了解決NCS中的時延和丟包補償問題，本文首先對網(wǎng)絡(luò)時延的數(shù)據(jù)進行了采集，研究了網(wǎng)絡(luò)時延的性質(zhì)，提出了

3、一種對網(wǎng)絡(luò)時延進行建模分析的方法，并提出一種新型的運用建立狀態(tài)空間模型對網(wǎng)絡(luò)時延進行預(yù)測的方法。
　　在此之后，本文提出了針對網(wǎng)絡(luò)時延與數(shù)據(jù)丟包的補償方法，將廣義預(yù)測控制算法(Generalized Predictive Control，GPC)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。并對于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)被控對象受到干擾及模型慢變等情況，提出了自適應(yīng)系統(tǒng)辨識廣義預(yù)測控制算法，有效的補償了系統(tǒng)模型變化對控制算法的影響，提高了系統(tǒng)的實時性與魯棒性;對于網(wǎng)絡(luò)

4、控制系統(tǒng)的時延與丟包問題，分情況討論了可能出現(xiàn)的大時延問題、數(shù)據(jù)丟包問題、時序錯亂問題，引入了排隊序列機制，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了保障;對于網(wǎng)絡(luò)時延的增大導(dǎo)致的預(yù)測步數(shù)增加，繼而使預(yù)測誤差放大影響系統(tǒng)性能的情況，采用了預(yù)測誤差修正等優(yōu)化方案。
　　最后，本文將時延建模預(yù)測的結(jié)果引入到廣義預(yù)測算法中，將預(yù)測的時延值作為廣義預(yù)測算法預(yù)測長度設(shè)定的依據(jù)，從而在保證控制性能的基礎(chǔ)上，極大的減小了算法的計算復(fù)雜程度，從另一方面減少了網(wǎng)絡(luò)時延。