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网络控制系统是复杂控制系统和远程控制系统的客观需求,与传统的点对点的控制系统相比,由于其易于扩展和维护、可靠性高和易于实现资源共享等优点,具有广泛的应用前景,从而成为当今控制学界研究的热点。网络是一把双刃剑,在带来了诸多便利的同时也带来了诸多问题,比如:网络时延、数据包丢失和网络调度等问题,这些问题给控制系统的设计带来了很大的困难。本论文在分析网络控制系统的特点和国内外研究现状的基础上,把网络时延问题作为主要的研究方向。
针对网络时延问题,本论文主要做了以下两个方面的工作:
1.时延估计。首先在大量实测时延的基础上,建立了网络时延的自适应AR模型,在兼顾预测精度和实时性的基础上,确定了模型的阶数,并利用最小均方算法根据新的时延值在线调整模型的加权系数,通过建立的模型对时延进行预测。并通过仿真验证了文中的算法对时延有很好预测效果。
2.时延补偿。在前面时延估计的基础上,针对网络时延的补偿问题,本文提出了以下两种时延补偿算法:
a.一种是改进的快速广义预测控制算法,避免了在线求解Diophantine方程,减少了计算时间,较好地保证了网络控制系统的实时性;
b.另一种是根据时延落在不同区间的多模型切换控制算法,当时延小于一个采样周期时,采用算法实时性较好的LQG最优控制算法,当时延大于一个周期时,采用改进的快速广义预测控制的算法。并通过仿真证明了该方法对网络时延具有很好的补偿效果,且具有很好的实时性。