基于预测控制的网络控制系统时延补偿方法研究

摘要

本文主要对其进行时延分析、系统建模和时延补偿控制器设计等三个方面的研究，在考虑网络诱导时延的情况下，建立了系统离散情况的开环、闭环与开闭环模型，并给出了网络控制系统的混杂系统模型，在系统采样周期确定的情况下，得到了保证系统稳定的网络诱导时延上界；对具有固定时延的网络控制系统，根据控制器节点驱动方式的不同，分别应用Smith预测控制器和最优控制方法进行时延补偿控制；而对具有随机时变时延的网络控制系统，应用d-步超前预测控制方法进行时延补偿控制。仿真算例验证了研究方法的有效性，通过最优控制方法对网络控制系统的输出时延进行时延补偿控制，并且利用广义预测控制算法实现了对网络控制系统的控制时延的时延补偿控制，仿真结果验证了控制器设计方法的有效性。

目录

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1绪论

1.1网络控制系统的研究背景

1.2网络控制系统中的基本问题

1.2.1单包传输和多包传输

1.2.2网络诱导时延

1.2.3数据包丢失

1.2.4网络调度

1.3网络控制系统的研究现状

1.3.1固定时延网络控制系统

1.3.2随机时变时延网络控制系统

1.3.3网络调度及NCS采样周期的确定

1.4网络控制系统的应用

1.5本文的主要工作

2网络控制系统的时延分析与建模

2.1不同类型控制网络的比较

2.1.1以太网(Ethernet)

2.1.2令牌环与令牌总线

2.1.3控制局域网络(CAN)

2.1.4无线局域网

2.2 NCS的时延特性分析

2.3不同节点驱动方式时NCS的时延特性

2.3.1控制器为事件驱动时NCS的时延特性

2.3.2控制器为时钟驱动时NCS的时延特性

2.4具有时延NCS的建模

2.4.1具有时延NCS的开环控制模型

2.4.2具有时延NCS的闭环控制模型

2.4.3具有时延的NCS的开闭环控制模型

2.4.4具有时延NCS的混杂系统模型

2.5小结

3基于优化和多步预测控制方法的NCS时延补偿控制

3.1 NCS的时延上界分析

3.1.1 NCS的离散情况的时延上界分析

3.1.2仿真算例

3.2具有固定时延NCS的时延补偿控制

3.2.1固定时延NCS的基于Smith预测器的时延补偿

3.2.2具有固定时延NCS的最优时延补偿控制

3.3具有随机时变时延NCS的d-步超前预测时延补偿控制

3.3.1 d-步超前预测控制器

3.3.2基于预测控制的状态反馈控制器设计

3.3.3闭环控制系统的稳定性分析

3.3.4仿真算例

3.4小结

4基于广义预测控制算法的NCS时延补偿控制

4.1 NCS输出时延的最优时延补偿控制

4.1.1具有时延NCS的最优时延补偿控制

4.1.2仿真算例

4.2 NCS控制时延的基于广义预测控制算法时延补偿控制

4.2.1广义预测控制(GPC)算法简介

4.2.2基于GPC的NCS的时延补偿控制

4.2.3基于GPC的具有时延的NPCS的稳定性分析

4.2.4仿真算例

4.3 NCS的时延补偿控制综合

4.3.1 NCS时延补偿控制综合

4.3.2仿真算例

4.4小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献