網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對pid控制性能影響的分析-閱讀頁
2025-07-14 17:13本頁面
【正文】 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(shí)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(jì)方法；Almutairi等人 I_采用模糊邏輯給出了一種補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的智能PI控制器；Tipsuwan、Chow_J 通過大量實(shí)驗(yàn)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(shí)和隨機(jī)延時(shí)提出了最優(yōu)調(diào)節(jié)、Ziegler—Nichols調(diào)節(jié)等方法來改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中PID控制器的設(shè)計(jì)，并使用了Mo—CoNet(Monitoring and Controlling Laboratory Processesover Internet)系統(tǒng)做了多個(gè)實(shí)驗(yàn)；Cao和Zhang_針對隨機(jī)延時(shí)也提出了一種改進(jìn)型的模糊PID控制器設(shè)計(jì)．上述方法大都沒有對延時(shí)給被控對象的影響做出定量分析，被控對象大都是電機(jī)系統(tǒng)，本文將分析不同的延時(shí)對模擬生產(chǎn)過程參數(shù)的水箱液位實(shí)驗(yàn)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(dòng)化研究所開發(fā)的NetCon網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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?？梢苑謩e表示成GDSCs=eτDSCsGDCAs=eτDCAs這樣，包括網(wǎng)絡(luò)延時(shí)在內(nèi)的整個(gè)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(shí)給整個(gè)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(shí)用一個(gè)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(shí)際應(yīng)用是可以滿足需要的． 實(shí)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(shí)驗(yàn)裝置，通過系統(tǒng)辨識(shí)得到該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)GPs=+1使用兩臺(tái)中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所開發(fā)的Net—Con網(wǎng)絡(luò)控制器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)．該控制器主處理器采用基于32位ARM 核的微控制器S3C4510B，具有A／D、D／A和10M 以太網(wǎng)通訊接口．其中一臺(tái)負(fù)責(zé)將傳感器采樣的信號(hào)發(fā)送給PID控制器，并接收PID控制器發(fā)來的控制信號(hào)，輸出給執(zhí)行器；另一臺(tái)就作為NCS中的控制器，執(zhí)行PID控制算法，兩臺(tái)控制器通過局域網(wǎng)連接構(gòu)成一階水箱液位PID網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)． 仿真分析(Simulation analysis) 控制性能評估指標(biāo)為了更好地評估網(wǎng)絡(luò)延時(shí)給控制系統(tǒng)帶來的影響，本文以代價(jià)函數(shù)為基礎(chǔ)，提出了代價(jià)函數(shù)J作為控制性能評估指標(biāo)．J=ω1J1+ω2J2+ω3J3+ω4J4 (1)J1=(MSEMSE0)2, MSEMSE00, MSE≤MSE0 （2）J2=()2, . , .≤ （3）J3=(trtr0)2, trtr00, tr≤tr0 （4）J4=(tsts0)2, tsts00, ts≤ts0 （5）式中MSE=1Nk=0Ne2(k)為系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)情況下的均方差，.、tr、ts。、tr0,ts0分別是系統(tǒng)無網(wǎng)絡(luò)延時(shí)情況下的標(biāo)稱均方差、標(biāo)稱超調(diào)量、標(biāo)稱上升時(shí)間和標(biāo)稱過渡過程
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