網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測控制論(參考版)
2025-01-09 21:57本頁面
【正文】 本文在分析數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)量化以及網(wǎng)絡(luò)時滯的特性及其給控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計帶來的根本困難的基礎(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 ，通過仿真測試取得了較好的效果 。最后，通過一個仿真實例驗證 了所給出的預(yù)測控制綜合方法的有效性。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)定問題轉(zhuǎn)化為了魯棒控制問題。圖 3表示兩種預(yù)測控制綜合方法的性能指標(biāo)均單調(diào)遞減。 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)測控制可以得到更好的控制效果。圖 1給出了采用兩種預(yù)測控制綜合方法的系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)曲線。權(quán)矩陣1=R W I? 、 。初始狀態(tài) ? ? ? ?x 0 = T， 。 考慮如下的離散線性時變系統(tǒng)： 假設(shè)不確定參數(shù) ??k? 滿足 ? ? ? ?k 1,5? ? ，且在每個 k 時刻 ? ? ? ?k = 1+ 4 si n 1k? 。仿真結(jié)果表明，本章提出的兩種預(yù)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(yù)測控制綜合方法可以得到更好的控制效果。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(yù)測控制綜合方法。然后，針對所得到的系統(tǒng)模型，給出了兩種預(yù)測控制綜合方法。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)預(yù)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(luò)控制系統(tǒng)的預(yù)測控制綜合方法。 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)測控制的設(shè)計方法且都不考慮物理約束，沒有研究約束預(yù)測控制綜合方法。 數(shù)據(jù)量化不僅會影響系統(tǒng)的控制性能，甚至?xí)斐上到y(tǒng)不穩(wěn)定。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經(jīng)過 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換。對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測控制綜合方法的研究只有少量論文出現(xiàn)，比如文獻(xiàn) [14]。 關(guān)于網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制控制的其他研究可參考文獻(xiàn) [6][13]。 “ 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(luò)時滯。 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)中的時滯和丟包問題。該方法基于有時滯的傳感器數(shù)據(jù)來設(shè)計預(yù)測控制器并通過一種新的補償策略來克服網(wǎng)絡(luò)時滯和數(shù)據(jù)丟包給系統(tǒng)帶來的影響。 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的預(yù)測控制 自網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)問世以來，將預(yù)測控制用于補償網(wǎng)絡(luò)時滯以及處理數(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]。一個合理的通信協(xié)議可以確保網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能。 網(wǎng)絡(luò)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。在 NCS中，由于系統(tǒng)的節(jié)點有可能分布在一個較大的物理空間，用硬件同步一般比較困難且代價昂貴，大多采用軟件同步的方式。時鐘同步又可分為硬件同步和軟件同步。 時鐘同步 在 NCS中，當(dāng)控制器和執(zhí)行器有一個為時鐘驅(qū)動時，便存在時鐘同步問題。雖然大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都具有重新傳輸?shù)臋C(jī)制，但它們也只能在一個有限的時間內(nèi)傳輸，當(dāng)超出這個時間后，數(shù)據(jù)也就會丟失。 數(shù)據(jù)包的時序錯亂和丟包問題 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流經(jīng)眾多計算機(jī)和通信設(shè)備，且路徑不唯一，這必然會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的時序錯亂問題。多包傳輸?shù)囊粋€原因是數(shù)據(jù)量較大無法在有限的單包中傳輸，另一方面是因為 NCS的傳感器和執(zhí)行器常常分布在一個很大的物理空間，要
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