網(wǎng)絡環(huán)境下的預測控制論(編輯修改稿)
2025-02-02 21:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 。 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的通信協(xié)議 網(wǎng)絡控制系統(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)絡以及大量 的研究協(xié)議。 Fieldbuses是專門為實時控制而設計的，但在有些場合，其它網(wǎng)絡也可以作實時控制用。一個合理的通信協(xié)議可以確保網(wǎng)絡服務性能。網(wǎng)絡協(xié)議的靜態(tài)服務性能指標 (如數(shù)據(jù)幀長度、通信速率、網(wǎng)絡拓撲等 )和動態(tài)服務性能指標(如網(wǎng)絡時延特性、丟包率等 )都將影響網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的整體性能。 網(wǎng)絡環(huán)境下的預測控制 自網(wǎng)絡控制系統(tǒng)問世以來，將預測控制用于補償網(wǎng)絡時滯以及處理數(shù)據(jù)丟包、量化等問題就得到了學術界的廣泛關注，也被公認為是處理網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中相關問題的有效方法，因此在這一研究方向上也有很多成果，可參考文獻 [4][13]。 文獻 [4]針對同時具有數(shù)據(jù)丟包和網(wǎng)絡時滯的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，提出了一種改進型網(wǎng)絡預測控制方法。該方法基于有時滯的傳感器數(shù)據(jù)來設計預測控制器并通過一種新的補償策略來克服網(wǎng)絡時滯和數(shù)據(jù)丟包給系統(tǒng)帶來的影響。閉環(huán)系統(tǒng)描述為具有結構不確定性的時滯系統(tǒng)模型，這樣做的目的是便于采用時滯依賴穩(wěn)定性的豐富成果來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 文獻 [5]提出了一種 “ 基于數(shù)據(jù)包 ” 的控制模式來處理網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的時滯和丟包問題。在實際的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)都是采用數(shù)據(jù)包進行傳輸?shù)摹?“ 基于數(shù)據(jù)包 ” 的控制模式利用數(shù)據(jù)包可同時封 裝多個數(shù)據(jù)信息的特性，通過將多個數(shù)據(jù)信息同時發(fā)送到接收端的方式來補償數(shù)據(jù)丟包和網(wǎng)絡時滯。在 “ 基于數(shù)據(jù)包 ” 的控制模式下，文獻 [96]得到了新的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)模型及時滯依賴的反饋控制策略，并給出了能同時處理網(wǎng)絡時滯和數(shù)據(jù)丟包的預測控制器設計方法。 關于網(wǎng)絡預測控制控制的其他研究可參考文獻 [6][13]。 分析 以上所列文獻 可以看出，雖然關于網(wǎng)絡環(huán)境下的預測控制的研究成果已經(jīng)很豐富，但多數(shù)結論還是基于預測控制的設計方法。對于網(wǎng)絡環(huán)境下的預測控制綜合方法的研究只有少量論文出現(xiàn)，比如文獻 [14]。 2 具有數(shù)據(jù)量化的網(wǎng)絡 控制系統(tǒng)預測控制綜合 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)需要研究的問題很多，如 小節(jié)所述，本文重點研究 對傳感器信號和控制信號進行數(shù)據(jù)量化 這一 問題。由于采用通信網(wǎng)絡作為傳輸媒介，數(shù)據(jù)在傳輸過程中必然會經(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)量化不僅會影響系統(tǒng)的控制性能，甚至會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。近些年來，具有數(shù)據(jù)量化的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的相關理論研究得到了學術界的廣泛關注，并涌現(xiàn)了一大批很有意義的研究成果，例如文獻 [15][18]。 雖然這些文獻研究的都是具有數(shù)據(jù)量化的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的預測控制，也有很多 有意義的發(fā)現(xiàn)，但它們考慮的都是預測控制的設計方法且都不考慮物理約束，沒有研究約束預測控制綜合方法。因此，對于這一問題還有待進一步研究。 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)預測控制綜合 本 節(jié) 主要 研究同時量化傳感器信號和控制信號的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的預測控制綜合方法。首先，基于文獻 [16]中的扇形界方法，建立了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的新模型。然后，針對所得到的系統(tǒng)模型，給出了兩種預測控制綜合方法。其一，通過將無窮時域控制作用參數(shù)化為單個的狀態(tài)反饋，得到了沒有自由控制作用的預測控制綜合方法。其二，通過將無窮時域控制作用參數(shù)化為一個自由控制作用加一個狀態(tài)反饋，得到了帶一個自由控制作用的預測控制綜合方法。最后，通過一個仿真實例驗證了所給出的兩種方法的有效性。仿真結果表明，本章提出的兩種預測控制綜合方法均能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，且采用帶一個自由控制作用的預測控制綜合方法可以得到更好的控制效果。 仿真實例 本節(jié) 通過一個仿真實例來驗證所給出預測控制綜合方法的有效性。 考慮如下的離散線性時變系統(tǒng)： 假設不確定參數(shù) ??k? 滿足 ? ? ? ?k 1,5? ? ，且在每個
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