網(wǎng)絡(luò)時延對pid控制性能影響的分析(參考版)
2025-07-02 17:13本頁面
【正文】 ωω2 、ω3 ，和ω4分別為J1,J2,J3,J4 的權(quán)重．系統(tǒng)在t=kT時刻采樣時就計算e(k)=Y(k)r(k)，其中 為采樣周期，k為采樣序號J1,J2,J3,J4主要用來評價系統(tǒng)性能與標(biāo)稱值的差距，如果系統(tǒng)沒有受到網(wǎng)絡(luò)延時影響，那么J=0 True Time仿真True Time是第三方開發(fā)的、基于Matlab/Simulink的工具箱．本文主要用到其中的True Time Kernel和True Time Network兩個接口模塊．True TimeKernel模塊(也稱為計算機模塊)可以按照用戶定義的任務(wù)執(zhí)行，代碼采用Matlab或c++編寫，它具有靈活的實時內(nèi)核、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)接口以及外部通道．而True Time Network模塊(也稱網(wǎng)絡(luò)模塊)采用事件驅(qū)動方式，當(dāng)有消息進出網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)模塊執(zhí)行工作．消息包括發(fā)送和接收計算機節(jié)點的信息、用戶數(shù)據(jù)(如測量信號或控制信號)、傳送時間和可選擇的實時特性(如優(yōu)先級或時限)．它還包含了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)、網(wǎng)絡(luò)速度、媒體訪問控制協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)延時等參數(shù)．該工具箱功能強大，非常適合于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的仿真分析．一階水箱液位PID網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)仿真包含1個網(wǎng)絡(luò)模塊和3個計算機模塊．網(wǎng)絡(luò)模塊為CSMA／co(Ethernet)類型，傳輸速率為10Mbps，3個計算機模塊分別是傳感器(Sensor)、控制器(Controller)和執(zhí)行器(Actuator)，其中控制器運行PID控制算法．． 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)仿真模型4網(wǎng)絡(luò)延時τ為不同值的系統(tǒng)分析=0的系統(tǒng)階躍響應(yīng)在無網(wǎng)絡(luò)延時的情況下，選擇PID控制器的參數(shù)分別為 KP= ，TI=20 ，TD=0 ，T=1(采樣周期)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖4所示，系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)分別是MSEo=0．029=％ 、tr0==、J=0. ≤T的系統(tǒng)階躍響應(yīng) τ≤T 的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)1)τ=，PID參數(shù)與無網(wǎng)絡(luò)延時情況相同，,MSE=MSEo，.=%,tr=tr0, ts=ts0,J=ω1J1+ω2J2+ω3J3+ω4J4=,這里取ω1=,ω2=,ω3=ω4=2)τ=1s，PID參數(shù)與無網(wǎng)絡(luò)延時情況相同，MSE=0．0340MSEo，.=％ ，tr=tr0, ts=ts0, J=ω1J1+ω2J2+ω3J3+ω4J4= τT時的系統(tǒng)階躍響應(yīng)τ=2~10s，PID參數(shù)與無網(wǎng)絡(luò)延時情況相同，各項性能指標(biāo)如表1所示．，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)延時τ≥5 時，系統(tǒng)就開始振蕩了；，在τ6T前，上升時間t 逐漸變短，過渡過程時間t 也逐漸變短，；在τ6T后，上升時間已經(jīng)達到最短，而超調(diào)量卻還在增大，這就導(dǎo)致了過渡過程時間的增長；總之，隨著延時的增加，系統(tǒng)總體性能指標(biāo)越來越差． 網(wǎng)絡(luò)延時τ=0，3，5，6，7，10s 的系統(tǒng)階躍響應(yīng)T時的系統(tǒng)各項性能指標(biāo) 系統(tǒng)根軌跡分析用根軌跡分析上述系統(tǒng)，由PID控制器參KP=,TI=20,TD=0數(shù)得Gc=(s+)/sGCsGDCAsGPsGDSC=+eτDSCs+1eτDCAs?++1eτs=++1nnτns+nτn=(s+)τns(s+)(s+nτ)n其中τ=τDSC+τDCA，這里取n=4，=0，3，5，6，7s時的根軌跡．圖中畫出的只是根軌跡中的主支部分，它決定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ．從圖中可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)延時r不斷增加時，系統(tǒng)穩(wěn)定的區(qū)域越來越小，可調(diào)范圍越來越小．為了分析 KP,TI,TD對根軌跡的影響，式(13)可以寫成：GCsGDCAsGPsGDSC=KPTDs2+KPs+KPTIs+1eτDCAs?KPTDs2+KPs+KPTIs+1nnτn(s+nτ)n=0，3，5，6，7s的系統(tǒng)根軌跡=,TI=20,TD=0，可以看出， 對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的調(diào)節(jié)作用，可以擴大系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域．微分環(huán)節(jié)能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，加快系統(tǒng)的動作速度，縮短調(diào)節(jié)時間． TD=0~5實際
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