網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測(cè)控制論-wenkub
2023-01-21 21:57:19 本頁(yè)面
【正文】 絡(luò)控制系統(tǒng)（ Networked Control Systems, NCSs）是一種空間分布式控制系統(tǒng)，其控制回路中的傳感器、控制器、執(zhí)行器由有限帶寬的通信網(wǎng)絡(luò)相連接。 Model Predictive Control。預(yù)測(cè)控制算法有三個(gè)基本特征，即多步預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正，由計(jì)算機(jī)程序在線(xiàn)連續(xù)執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) (Networked Control System，簡(jiǎn)稱(chēng) NCS)，即網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的更高發(fā)展階段，是控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 [1]。三種技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成了完整的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。清華大學(xué)的顧洪軍給出了明確的定義 [1]： 定義 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) (NCS， Networked Control Systems)，又稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，即在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，是指在某個(gè)區(qū)域內(nèi)一些現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、控制及操作設(shè)備和通信線(xiàn)路的集合，用以提供設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，使該區(qū)域內(nèi)不同地點(diǎn)的設(shè)備和用戶(hù)實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)調(diào)操作。 (3)控制現(xiàn)場(chǎng)化和功能分散化。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有： (1)提高了控制系統(tǒng)的精度和可靠性。 (5)可以作為實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜分布式或優(yōu)化控制算法的應(yīng)用平臺(tái)。 l、時(shí)變傳輸周期 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都假設(shè)對(duì)被控對(duì)象的采樣為等周期采樣，這種假設(shè)使得對(duì)系統(tǒng)的分析大大簡(jiǎn)化。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時(shí)延效應(yīng)和控制性能要求，許多研究者提出了多種不同的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型和時(shí)延補(bǔ)償?shù)瓤刂萍夹g(shù)，主要有狀態(tài)增廣法、狀態(tài)估計(jì)法、最優(yōu)控制方法和攝動(dòng)方法等。 數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂和丟包問(wèn)題 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流經(jīng)眾多計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備，且路徑不唯一，這必然會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂問(wèn)題。 時(shí)鐘同步 在 NCS中，當(dāng)控制器和執(zhí)行器有一個(gè)為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)，便存在時(shí)鐘同步問(wèn)題。在 NCS中，由于系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)有可能分布在一個(gè)較大的物理空間，用硬件同步一般比較困難且代價(jià)昂貴，大多采用軟件同步的方式。一個(gè)合理的通信協(xié)議可以確保網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能。該方法基于有時(shí)滯的傳感器數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)控制器并通過(guò)一種新的補(bǔ)償策略來(lái)克服網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯和數(shù)據(jù)丟包給系統(tǒng)帶來(lái)的影響。 “ 基于數(shù)據(jù)包 ” 的控制模式利用數(shù)據(jù)包可同時(shí)封 裝多個(gè)數(shù)據(jù)信息的特性，通過(guò)將多個(gè)數(shù)據(jù)信息同時(shí)發(fā)送到接收端的方式來(lái)補(bǔ)償數(shù)據(jù)丟包和網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測(cè)控制綜合方法的研究只有少量論文出現(xiàn)，比如文獻(xiàn) [14]。 數(shù)據(jù)量化不僅會(huì)影響系統(tǒng)的控制性能，甚至?xí)斐上到y(tǒng)不穩(wěn)定。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制綜合 本 節(jié) 主要 研究同時(shí)量化傳感器信號(hào)和控制信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制綜合方法。其二，通過(guò)將無(wú)窮時(shí)域控制作用參數(shù)化為一個(gè)自由控制作用加一個(gè)狀態(tài)反饋，得到了帶一個(gè)自由控制作用的預(yù)測(cè)控制綜合方法。 考慮如下的離散線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)： 假設(shè)不確定參數(shù) ??k? 滿(mǎn)足 ? ? ? ?k 1,5? ? ，且在每個(gè) k 時(shí)刻 ? ? ? ?k = 1+ 4 si n 1k? 。權(quán)矩陣1=R W I? 、 。 圖 1 狀態(tài)響應(yīng) 圖 2 控制輸入 圖 3 性能指標(biāo)上界 從圖 1可以看到，本章所給出的兩種預(yù)測(cè)控制綜合方法均能使閉 環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，且采用有自由控制作用的預(yù)測(cè)控制可以得到更好的控制效果。首先，根據(jù)扇形界方法，建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的新模型，將系統(tǒng)的二次鎮(zhèn)定問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了魯棒控制問(wèn)題。本文在分析數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)量化以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯的特性及其給控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)的根本困難的基礎(chǔ)上， 以 具有數(shù)據(jù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制綜合 為例 提出了一 種 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析及建模方法 ，通過(guò)仿真測(cè)試取得了較好的效果 。最后，通過(guò)一個(gè)仿真實(shí)例驗(yàn)證 了所給出的預(yù)測(cè)控制綜合方法的有效性。圖 3表示兩種預(yù)測(cè)控制綜合方法的性能指標(biāo)均單調(diào)遞減。圖 1給出了采用兩種預(yù)測(cè)控制綜合方法的系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)。初始狀
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