论文摘要
网络控制系统(Networked Control Systems, NCS)是近十来年随着控制技术、计算机网络技术和通信技术飞速发展而形成的一门综合性交叉学科,受到了中外研究学者极大的关注。网络控制系统具有许多传统控制系统无法比拟的优点,然而,由于将网络引进闭环系统中,为使整个控制系统仍能达到比较好的性能,仍有许多问题亟待研究及解决。其中,网络时延是影响整个网络控制系统控制性能的最主要的因素,如果网络时延足够大则可能使整个控制系统不稳定。为减小或消除网络时延给控制系统所带来的影响,本文在国内外关于网络控制系统研究理论的基础之上,研究了控制算法与仿真工具部分问题,主要研究内容如下:针对网络时延变化不大的情况引入Smith预估补偿器以抵消网络时延的影响,在网络控制系统中引入模糊调节算法,根据输入的误差信号和误差信号的变化率制订PID控制器参数的模糊调节规则以不断地调整PID的参数。利用MATLAB仿真平台,通过直流电机的仿真实验证明,基于Smith预估补偿的模糊PID控制比单纯模糊PID控制具有更好的控制效果。针对大部分网络时延大于一个采样周期的情况下,设计基于模型的状态预估控制算法。在传感器处设置状态观测器并得出状态观测值,然后通过网络传输给控制器,控制器根据被控对象模型计算出未来时刻被控对象的状态值,经过状态反馈,将控制信息通过网络传给执行器,在执行器端设置数据缓冲器,执行器根据控制信息的采样序号和当前传感器的采样序号之差来选择合适的控制信息作用于控制对象,仿真实验表明该控制算法的有效性。针对网络的随机时延的情况,利用神经网络预测未来时延并结合内模控制策略进行控制器的设计。采用了成熟的BP神经网络算法来进行时延的预测,在内模控制器中利用前两个时延训练BP神经网络,从而预测下一时刻的时延值,并通过调节滤波器的滤波系数来获得比较好的控制效果。因此,网络时延预测的精度和滤波器滤波系数的选取成为网络控制系统设计的关键。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言1.2 网络控制系统的研究现状1.3 本文的主要研究工作第二章 网络控制系统的相关内容2.1 网络控制系统的发展历程2.1.1 直接数字控制系统（DDC，Direct Digital Control）2.1.2 集散控制系统（DCS，Distributed Control System）2.1.3 现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）2.1.4 基于工业以太网的控制系统2.2 网络控制系统的基本问题2.2.1 时延2.2.2 数据传输速率2.2.3 采样周期2.2.4 丢包率2.2.5 扰动2.2.6 调度算法2.2.7 通信模式2.3 网络控制系统时延分析和建模2.3.1 网络控制系统时延特性分析2.3.2 时延对控制系统性能的影响2.3.3 时延小于一个采样周期时的网络控制系统建模2.3.4 时延大于一个采样周期时的网络控制系统建模2.4 本章小结第三章 网络控制系统的仿真平台及工具箱3.1 网络控制系统仿真平台—MATLAB 软件介绍3.2 TrueTime 仿真工具箱结构3.2.1 内核模块（TrueTime Kernel）3.2.2 网络模块（TrueTime Network）3.2.3 电源模块（TrueTime Battery）3.2.4 无线网络模块（TrueTime Wireless Network）3.2.5 发送消息模块（ttSendMsg）3.2.6 接收消息模块（ttGetMsg）3.3 仿真流程3.3.1 初始化3.3.2 编写控制任务代码3.4 本章小结第四章 基于 Smith 预估补偿的模糊 PID 控制器设计4.1 引言4.2 Smith 预估补偿器设计4.3 模糊 PID 控制器设计4.4 仿真实验及结果分析4.5 本章小结第五章 基于状态反馈的预估补偿控制器设计5.1 引言5.2 控制算法设计5.2.1 状态观测器的设计及其稳定性分析5.2.2 反馈控制器的设计5.2.3 预估补偿器的设计5.2.4 缓冲器的设计5.3 控制算法仿真5.4 本章小结第六章 基于时延神经网络预测的内模控制器设计6.1 引言6.2 控制算法设计6.2.1 内模控制原理6.2.2 基于网络时延预测的内模控制器设计6.3 控制算法仿真6.4 本章小结第七章 总结与展望7.1 全文总结7.2 工作展望参考文献发表论文和参加科研情况说明致谢
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