網(wǎng)絡時延對pid控制性能影響的分析-文庫吧資料
2025-07-05 17:13本頁面
【正文】 實驗(Practical experiment)，為小流量電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)器輸出4～20mA信號給電子調(diào)節(jié)閥控制水流量，其中 是被控閥， 是擾動閥；液位變送器量程0～100mm，輸出為4～20mA的電流信號．通過兩臺中國科學院自動化研究所的NetCon網(wǎng)絡控制器組成網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)，． 一階水箱液位網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)結構在實驗系統(tǒng)中，NetCon控制器1作為智能節(jié)點將系統(tǒng)的傳感器信號發(fā)送給NetCon控制器2，Net—Con控制器2經(jīng)PID控制算法運算輸出控制信號，發(fā)送給NetCon控制器1，NetCon控制器1再將收到的控制信號輸出到系統(tǒng)的執(zhí)行機構．NetCon控制器運行嵌入式操作系統(tǒng)uCLinux，在該操作系統(tǒng)的支持下完成算法代碼遠程下載和遠程監(jiān)控．NetCon網(wǎng)絡可視化控制組態(tài)軟件基于Matlab、Simulink和Rea1 Time Workshop，能夠?qū)崿F(xiàn)和Simulink的無縫結合．利用Simulink提供的各種模塊及為用戶提供的系統(tǒng)函數(shù)Sfunction，可以快速地建立控制器及控制對象模型，并可對整個控制系統(tǒng)進行多次的離線及在線調(diào)試來驗證控制策略的可行性；同時結合Real—Time Workshop，可在幾秒內(nèi)自動完成控制代碼的生成、編譯、連接，并下載到現(xiàn)場的NetCon控制器中執(zhí)行．，(a)圖中通過sendsamp模塊將采樣信號發(fā)送給NetCon控制器2，由controlflow模塊接收計算好的控制信號，Output模塊輸出控制信號給執(zhí)行機構；(b)圖中由Feedback模塊接收采樣信號，sendcon模塊包含了PID控制算法和發(fā)送控制信號模塊，Delay模塊為延時控制模塊．由于控制算法是用Simulink的各種模塊和s函數(shù)編寫的，故可以將仿真中的PID控制算法直接應用到實驗控制系統(tǒng)中．由于局域網(wǎng)延時可以忽略，因此控制器中加入的延時模塊可以使采樣信號延遲若干個采樣周期． S，KP=,TI=20,TD=0，τ=0，3，7s 液位從20mm變化到50mm時的響應曲線．可以看出，隨著網(wǎng)絡延時的增大，系統(tǒng)的超調(diào)量增大，上升時間變短，延時太大則導致系統(tǒng)振蕩，這與仿真分析相同．（a）Netcon 控制器1主程序圖（b）NetCon 控制器2主程序圖 NetCon 控制器的simulink。分別是系統(tǒng)存在網(wǎng)絡延時情況下的超調(diào)量、上升時間和過渡過程時間，MSEo、.。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)絡延時是固定的，用連續(xù)時間方法來分析整個網(wǎng)絡控制系統(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)。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。NCS信息調(diào)度的研究大多限于單控制回路，對共享網(wǎng)絡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。如何通過HMM（Hidden Markov Model）來辨識Markov狀態(tài)數(shù)及其轉(zhuǎn)移概率是分析和設計NCS必須面臨的問題。 目前，針對時延和丟包情況下NCS的穩(wěn)定性研究以及帶隨機噪聲的NCS的最優(yōu)控制問題的研究較多，而針對帶有確定性干擾NCS的最優(yōu)擾動抑制問題和故障診斷問題則不多見，將最優(yōu)擾動抑制理論應用于帶有時延和丟包的NCS實現(xiàn)系統(tǒng)的
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