基于网络控制系统环境的系统辨识算法研究

摘要

网络控制系统(Network Control System，NCS)是一种全分布式，以通信网络为传输媒介实现反馈控制的实时控制系统。通信网络作为数据传输媒介，系统中传感器，执行器，控制器各节点共享网络上的信息资源，这种连接方式更易于系统扩展和诊断，远程操作及监控。因此，基于网络控制系统的控制方法广泛应用于高级的航天航空器，自动化制造工厂，智能车辆系统，移动机器人等领域。但是，由于NCS中存在网络诱导延时、数据包丢失、数据包乱序等网络不稳定性问题，使NCS的分析和设计比传统控制系统更复杂。近年来，NCS的稳定性分析，系统辨识，控制策略，网络协议优化等问题，已经成为了控制领域的研究热点。
　　由于NCS系统引入网络传输媒介，使得系统的复杂度大大增加，传统控制方法不能直接应用。分析NCS的稳定性、设计高效的NCS控制策略，如何准确地建立NCS系统模型是最关键的一步。近年来，NCS建模的研究焦点集中在解决网络不稳定性引起的网络诱导延时、数据包丢失、数据包乱序等问题。更加棘手的问题是，通信网络会造成NCS系统输入-输出数据的非均匀非同步性(Non-Synchronized Non-Uniformly，NSNU)，这给系统辨识造成极大的困难。本文基于以上问题，提出辨识系统结构的改进型的Grarn-Schmidt算法和辨识系统参数的H∞-次优估计鲁棒辨识算法、最小二乘估计鲁棒辨识算法。
　　分析及实验表明，改进型的Grarn-Schmidt算法基于正交最小二乘法，具有很好的数值稳定性和较小的计算量。H∞-次优估计、最小二乘估计能够在具有系统噪声及输入-输出不确定性的情况下，准确辨识系统参数，在相同条件下，辨识性能优于递推最小二乘(Recursive Least Squares, RLS).

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 NCS的显著特点

1．3 国内外研究现状

1．4 网络控制系统的研究内容

1．5 本文主要内容

1．6 本章小结

2 网络控制系统的基本问题

2．1 网络控制系统的典型结构

2．2 通信媒体类型及协议

2．2．1 CSMA／CD

2．2．2 工业交换以太网

2．2．3 CAN总线

2．3 节点驱动方式

2．3．1 控制器，执行器时间驱动

2．3．2 控制器，执行器事件驱动

2．4 网络诱导延时

2．5 NCS中数据包错序和丢失

2．5．1 数据包的时序错乱

2．5．2 数据包丢失

2．6 网络调度问题

2．6．1 静态调度

2．6．2 动态调度

2．6．3自适应调度

2．7 TrueTime工具箱介绍

2．7．1 实时内核模块

2．7．2 网络通信

2．7．3 电池模块

2．7．4 无线网络模块

2．8 本章小结

3 基于网络控制环境的正交最小二乘辨识

3．1 引言

3．2 问题的提出

3．3 通信网络的影响

3．4 传感器，控制器，执行器的驱动方式

3．4．1 情形一：执行器时间驱动

3．4．2 情形二：执行器事件驱动

3．5 非同步非均匀采样数据

3．6 改进型的Gram-Schmidt算法

3．7 仿真例子

3．8 本章小结

4 基于网络控制环境的鲁棒辨识

4．1 问题的提出

4．2 模型的描述

4．3 H∞-最优估计

4．4 H∞-次优估计

4．5 鲁棒最小二乘估计

4．6 仿真研究

4．7 本章小结

结论

参考文献

附录A 定理2的一种证明

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢