基于预测控制及模糊补偿的网络控制系统的研究

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在控制系统中,各个器件与设备之间传统方法都是采用点对点的连接方式,这种方式在工业系统中成功应用了几十年。随着科学技术与计算机技术的发展,传统的连接方式就不能满足新的性能要求,于是就引入了网络。我们在闭环控制系统中,应用网络来连接控制器、执行器和传感器,这种用网络连接各个设备的闭环控制系统称为网络控制系统(Networked Control System,NCS)。网络控制系统具备体系结构完整、分布式的操作运行模式、相对独立又能很好互联的通信方式、非常节省的布线和可靠性的信号等种种优点。但同时,由于网络的引入也带来了一些不可避免的问题。其中的网络时延就大大的降低了控制系统的性能,使系统的稳定范围变窄,严重的甚至影响到系统的稳定性。本文主要是针对网络时延提出的解决办法,主要工作及成果如下:(1)首先介绍了网络控制系统的研究背景及研究现状,阐述了由于网络的引入对网络控制系统的影响所带来的基本问题,并着重分析了网络时延产生的原因和组成及时延对网络控制系统性能的影响。(2)接着介绍了本文所用到的预测控制与模糊控制的研究背景、研究现状、预测控制的预测模型、滚动优化及反馈校正的三个基本原理和模糊控制的基本原理及模糊控制器设计的方法。(3)在此提出一种具有模糊补偿的预测控制算法的方法来解决网络控制系统的时延问题。在前向通道里,设计广义预测控制器对前向时延进行补偿,应用模糊控制器对预测误差进行校正,即控制量为广义预测控制量与模糊补偿量之和。(4)最后介绍了TrueTime工具箱,应用TrueTime建立的网络控制系统平台,分别对传统广义预测控制算法和具有模糊补偿的广义预测控制算法进行仿真,仿真结果表明,所提出的控制策略有效且优于传统广义预测控制算法。
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