网络化控制系统建模及其控制算法研究与应用

摘要

随着控制理论、计算机技术及通信技术的日益发展和交叉渗透，网络化控制应运而生，并逐渐成为国际学术界研究热点之一。网络化控制系统通过通信网络来实现数据交换，使不同地点的设备和用户实现资源共享和协调操作，提高了系统的灵活性、可靠性，减少安装和维护费用，在工业上得到了广泛应用。但是在控制系统中引入网络环节会带来网络诱导时延等一系列问题，为减小或消除网络时延给控制系统所带来的影响，本文在参考了国内外关于网络化控制系统研究理论的基础之上，从系统的建模、控制器设计等方面进行了研究。主要研究及结论如下：
　　首先，本文介绍了网络化控制系统产生的有关背景及其特点，综述了网络化控制的发展过程和研究现状以及网络化控制系统中存在的几个主要问题。针对网络化控制系统中存在的时延问题，在不考虑其他网络因素影响的条件下分别对短时延和长时延的网络化控制系统进行数学建模。
　　其次，分数阶控制器与传统PID控制器相比具有更好的适应性，但由于分数阶控制器引入了两个附加的参数λ和μ，从而使分数阶PIλDμ控制器参数的确定变得更加困难，为了进一步提高分数阶PIλDμ控制器对系统不确定性的适应能力，本文在分数阶PIλDμ控制的基础上引入RBF神经网络控制，采用RBF神经网络根据系统误差对分数阶PIλDμ的控制参数进行在线调节，实现了对时延的良好补偿。
　　最后，在Matlab/Simulink环境下运用TrueTime工具箱建立了网络化控制系统仿真平台，模拟实际网络化控制系统的运行，分析了分数阶PIλDμ控制器的5个参数对NCS性能的影响，并对所设计的控制策略进行验证。结果表明基于RBF神经网络的分数阶PIλDμ控制器具有最优的控制性能，能够对时延进行有效的补偿，具有很强的鲁棒性和自适应能力。本文在结尾处做了总结并进行了展望。

目录

文摘

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致谢

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第一章 绪论

1.1 网络化控制系统产生的背景

1.2 网络化控制系统的发展过程和研究现状

1.2.1 网络化控制系统的发展过程

1.2.2 网络化控制系统的研究现状

1.3 研究的意义

1.4 本文研究的主要工作

第二章 网络化控制系统的分析与建模

2.1 网络控制的基本问题

2.1.1 网络时延

2.1.2 通信约束

2.1.3 单包传输和多包传输

2.1.4 数据包乱序

2.1.5 数据包丢失

2.2 网络化控制系统建模

2.2.1 短时延网络化控制系统的建模

2.2.2 长时延网络化控制系统的建模

2.3 本章小结

第三章 分数阶PIλDμ控制器的设计

3.1 分数阶PIλDμ控制器

3.1.1 分数阶微积分定义

3.1.2 分数阶PIλDμ控制器

3.2 神经网络PID控制器

3.2.1 神经网络的结构

3.2.2 神经网络的学习方法

3.2.3 RBF神经网络PID控制器

3.2.4 RBF网络PID控制器的参数整定原理

3.3 基于神经网络的分数阶PIλDμ控制器的设计

3.3.1 RBF网络自适应分数阶PIλDμ控制器

3.3.2 RBF网络自适应分数阶PIλDμ控制器参数整定

3.4 本章小节

第四章 仿真及性能分析

4.1 Matlab软件介绍

4.2 TrueTime仿真工具箱

4.3 仿真流程

4.3.1 模块初始化

4.3.2 控制任务的编写

4.3.3 仿真模型的建立

4.4 仿真

4.4.1 分数阶PIλDμ控制器的参数对系统性能的影响

4.4.2 智能控制算法仿真研究

4.5 本章小结

总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文