NCS的魯棒控制研究.pdf

1、隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的日益擴大以及計算機網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展,基于計算機網(wǎng)絡的控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步應用到控制工程中?？刂苹芈吠ㄟ^實時網(wǎng)絡閉合的反饋控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)(Networked Control System,NCS)。網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)是現(xiàn)代通訊技術、控制理論及計算機技術等發(fā)展和綜合的產(chǎn)物。NCS具有連線少、靈活性強、便于拓展和信息資源共享等眾多優(yōu)點,但控制系統(tǒng)引入網(wǎng)絡后,由于帶寬有限、分時復用、數(shù)據(jù)傳輸路徑不確定等都會導致信息傳輸中

2、的等待、擁塞及丟包等現(xiàn)象,不可避免地產(chǎn)生網(wǎng)絡誘導時延。這些受負載、通信協(xié)議等影響的時延,無論是固定的或時變的還是有界的或無界的,都會不同程度影響控制系統(tǒng)性能,甚至導致系統(tǒng)失穩(wěn),這給NCS分析、設計和控制帶來很大困難。本文針對NCS的特點,應用魯棒控制、風控制、神經(jīng)元控制和保代價控制理論分析設計方法來解決NCS中存在的問題。
　　 本文對NCS中的時延特性進行了分析,研究了時延對系統(tǒng)性能影響。針對傳感器節(jié)點時間驅動、控制器和執(zhí)行器

3、節(jié)點事件驅動的假設,建立了具有任意有界時延NCS的離散模型。進一步,把傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器的時延分別同時加以考慮建立了控制回路總時延小于采樣周期的NCS離散模型。
　　 針對確定時延NCS,給出了基于靜態(tài)狀態(tài)反饋的H∞控制器設計,以保證閉環(huán)NCS穩(wěn)定性和相應的H∞控制性能指標。仿真表明了該方法的有效性。針對時變時延NCS,應用一種基于免疫反饋機理的比例增益在線調整規(guī)則,提出了一種改進的神經(jīng)元PID控制器。該控制器不依賴

4、精確的數(shù)學模型,并且無需做出網(wǎng)絡誘導時延均小于一個采樣周期的假設。仿真結果表明其可以有效地克服隨機的網(wǎng)絡誘導時延給控制品質帶來的不利影響。
　　 針對時變短時延NCS,給出了基于靜態(tài)狀態(tài)反饋的保代價控制器,以保證閉環(huán)NCS穩(wěn)定性和相應的二次型代價函數(shù)指標。仿真結果表明,該控制器既能夠保證系統(tǒng)漸近穩(wěn)定性,又使系統(tǒng)的代價指標小于一個確定的上界。本文最后利用NCS的實時仿真軟件TrueTime,完成了網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)的設計,