網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測(cè)控制論(編輯修改稿)
2025-02-02 21:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的通信協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的通信協(xié)議可分為 fieldbuses、 automotive buses、其它 machine buses、一般意義上的網(wǎng)絡(luò)以及大量 的研究協(xié)議。 Fieldbuses是專門為實(shí)時(shí)控制而設(shè)計(jì)的，但在有些場(chǎng)合，其它網(wǎng)絡(luò)也可以作實(shí)時(shí)控制用。一個(gè)合理的通信協(xié)議可以確保網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的靜態(tài)服務(wù)性能指標(biāo) (如數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、通信速率、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?)和動(dòng)態(tài)服務(wù)性能指標(biāo)(如網(wǎng)絡(luò)時(shí)延特性、丟包率等 )都將影響網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的整體性能。 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測(cè)控制 自網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)問世以來，將預(yù)測(cè)控制用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯以及處理數(shù)據(jù)丟包、量化等問題就得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，也被公認(rèn)為是處理網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中相關(guān)問題的有效方法，因此在這一研究方向上也有很多成果，可參考文獻(xiàn) [4][13]。 文獻(xiàn) [4]針對(duì)同時(shí)具有數(shù)據(jù)丟包和網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了一種改進(jìn)型網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制方法。該方法基于有時(shí)滯的傳感器數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)控制器并通過一種新的補(bǔ)償策略來克服網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯和數(shù)據(jù)丟包給系統(tǒng)帶來的影響。閉環(huán)系統(tǒng)描述為具有結(jié)構(gòu)不確定性的時(shí)滯系統(tǒng)模型，這樣做的目的是便于采用時(shí)滯依賴穩(wěn)定性的豐富成果來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 文獻(xiàn) [5]提出了一種 “ 基于數(shù)據(jù)包 ” 的控制模式來處理網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時(shí)滯和丟包問題。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)都是采用數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸?shù)摹?“ 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，通過將多個(gè)數(shù)據(jù)信息同時(shí)發(fā)送到接收端的方式來補(bǔ)償數(shù)據(jù)丟包和網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯。在 “ 基于數(shù)據(jù)包 ” 的控制模式下，文獻(xiàn) [96]得到了新的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型及時(shí)滯依賴的反饋控制策略，并給出了能同時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯和數(shù)據(jù)丟包的預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)方法。 關(guān)于網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制控制的其他研究可參考文獻(xiàn) [6][13]。 分析 以上所列文獻(xiàn) 可以看出，雖然關(guān)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測(cè)控制的研究成果已經(jīng)很豐富，但多數(shù)結(jié)論還是基于預(yù)測(cè)控制的設(shè)計(jì)方法。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]。 2 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 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)需要研究的問題很多，如 小節(jié)所述，本文重點(diǎn)研究 對(duì)傳感器信號(hào)和控制信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)量化 這一 問題。由于采用通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒介，數(shù)據(jù)在傳輸過程中必然會(huì)經(jīng)過 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換。因此，數(shù)據(jù)受到量化誤差的影響是不可避免的。 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。近些年來，具有數(shù)據(jù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的相關(guān)理論研究得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并涌現(xiàn)了一大批很有意義的研究成果，例如文獻(xiàn) [15][18]。 雖然這些文獻(xiàn)研究的都是具有數(shù)據(jù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制，也有很多 有意義的發(fā)現(xiàn)，但它們考慮的都是預(yù)測(cè)控制的設(shè)計(jì)方法且都不考慮物理約束，沒有研究約束預(yù)測(cè)控制綜合方法。因此，對(duì)于這一問題還有待進(jìn)一步研究。 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。首先，基于文獻(xiàn) [16]中的扇形界方法，建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的新模型。然后，針對(duì)所得到的系統(tǒng)模型，給出了兩種預(yù)測(cè)控制綜合方法。其一，通過將無窮時(shí)域控制作用參數(shù)化為單個(gè)的狀態(tài)反饋，得到了沒有自由控制作用的預(yù)測(cè)控制綜合方法。其二，通過將無窮時(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。最后，通過一個(gè)仿真實(shí)例驗(yàn)證了所給出的兩種方法的有效性。仿真結(jié)果表明，本章提出的兩種預(yù)測(cè)控制綜合方法均能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，且采用帶一個(gè)自由控制作用的預(yù)測(cè)控制綜合方法可以得到更好的控制效果。 仿真實(shí)例 本節(jié) 通過一個(gè)仿真實(shí)例來驗(yàn)證所給出預(yù)測(cè)控制綜合方法的有效性。 考慮如下的離散線性時(shí)變系統(tǒng)： 假設(shè)不確定參數(shù) ??k? 滿足 ? ? ? ?k 1,5? ? ，且在每個(gè)
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