網(wǎng)絡(luò)時延對pid控制性能影響的分析(編輯修改稿)
2025-07-26 17:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 絡(luò)的多個控制回路的優(yōu)化調(diào)度等問題需要進一步的研究?？紤]網(wǎng)絡(luò)利用率、數(shù)據(jù)包丟失率、系統(tǒng)穩(wěn)定性等多重約束，建立NCS多目標優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。進而考慮NCS的實時性要求，研究NCS分級多目標優(yōu)化問題的求解方法。3網(wǎng)絡(luò)延時對PID控制系統(tǒng)性能影響的分析在眾多的控制算法中，PID控制是迄今為止最通用的控制方法，PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單，對模型誤差具有一定的魯棒性及易于操作等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機械等工業(yè)過程控制中，所以對PID控制算法在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究具有重要的意義．對此，國內(nèi)外已有不少研究，比如黎善斌、王智、孫優(yōu)賢等為了有效地抑制網(wǎng)絡(luò)延時對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的影響，提出了一種魯棒數(shù)字PID控制器設(shè)計方法；Almutairi等人 I_采用模糊邏輯給出了一種補償網(wǎng)絡(luò)延時的智能PI控制器；Tipsuwan、Chow_J 通過大量實驗和仿真提出了一種基于最優(yōu)增益調(diào)度的PI控制算法，使得PI控制器在網(wǎng)絡(luò)控制中獲得最佳的控制性能；Pohjo—la_I 在論文中也針對網(wǎng)絡(luò)的固定延時和隨機延時提出了最優(yōu)調(diào)節(jié)、Ziegler—Nichols調(diào)節(jié)等方法來改進網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中PID控制器的設(shè)計，并使用了Mo—CoNet(Monitoring and Controlling Laboratory Processesover Internet)系統(tǒng)做了多個實驗；Cao和Zhang_針對隨機延時也提出了一種改進型的模糊PID控制器設(shè)計．上述方法大都沒有對延時給被控對象的影響做出定量分析，被控對象大都是電機系統(tǒng)，本文將分析不同的延時對模擬生產(chǎn)過程參數(shù)的水箱液位實驗裝置PID控制性能的影響，先用True Time給出仿真結(jié)果，再用中國科學(xué)院自動化研究所開發(fā)的NetCon網(wǎng)絡(luò)控制器進行了實驗研究(System description) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文要研究的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)采用基于Cs—MA／CD協(xié)議的以太網(wǎng)Ethemet或Internet通訊，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，．網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)最大的區(qū)別就是控制器兩端的數(shù)據(jù)都經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸。首先由傳感器對被控對象的當前狀態(tài)進行周期性采樣，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制器，控制器通過控制算法計算輸出量，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給執(zhí)行器．在這個過程中就可能出現(xiàn)兩次數(shù)據(jù)傳送延時，從傳感器采樣到該數(shù)據(jù)被控制器處理的這段時間，稱為傳感器控制器延時，記為τDSC；從控制器輸出控制信號至執(zhí)行器開始執(zhí)行這段時間，稱為控制器執(zhí)行器延時，記為τDCA ．假定網(wǎng)絡(luò)延時是固定的，用連續(xù)時間方法來分析整個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) ，．其中R(s)、U(s)、Y(s)和E(s)= R(s)Y(s)分別是系統(tǒng)參考輸入、控制量、輸出量和偏差的拉氏變換．被控對象則表示為GP(s)，而PID控制器用GC(s)來表示Gcs=Kp[KDKPs2+s+KI/KP]s其中 KP、KI 和 KD分別是比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)；A=KDKP=Td和 B=KIKP=1/Ti．傳感器控制器延時環(huán)節(jié)DDSC(s)和控制器執(zhí)行器延時環(huán)節(jié)DDCA(s)?？梢苑謩e表示成GDSCs=eτDSCsGDCAs=eτDCAs這樣，包括網(wǎng)絡(luò)延時在內(nèi)的整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)可以表示為Y(s)R(s)=GC(s)GDCA(s)GP(s)1+GC(s)GDCA(s)GP(s)GDSC(s) 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖為了方便分析網(wǎng)絡(luò)延時給整個閉環(huán)控制系統(tǒng)帶來的影響，一種較好的方法就是將網(wǎng)絡(luò)延時用一個有理函數(shù)來逼近 ，比如：eτs?(1+τs/n)n式中τ可以是τDSC或者τDCA，或者τ=τDSC+τDCA，由于系統(tǒng)根軌跡的主支通常包含了系統(tǒng)主要的特征值，這樣的近似對于實際應(yīng)用是可以滿足需要的． 實際系統(tǒng)本文研究的控制對象是模擬生產(chǎn)過程參數(shù)的一階水箱液位控制系統(tǒng)實驗裝置，通過系統(tǒng)辨識得到該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)GPs=+1使用兩臺中國科學(xué)院自動化研究所開發(fā)的Net—Con網(wǎng)絡(luò)控制器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化控制系
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