基于模型的网络控制系统研究

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利用通讯网络实现地域上分布的现场传感器、控制器及执行器之间的信息相互交换,以达到被控对象的实时反馈控制,称为网络控制系统。网络控制系统具有系统连线少、可靠性高、结构灵活、易于系统扩展和维护以及能够实现信息资源共享等优点。在具有多重优点的同时,网络控制系统自身的缺点也是明显的。由于控制网络是分时复用的,信息只有等到网络空闲时才能发送出去,这样就不可避免地将网络传输延时引入到控制系统中。而且针对不同的网络协议,延时可能是恒定或者时变的,使得网络控制系统的分析和设计变得十分复杂。 本文对状态传感器通过网络连接线性控制器/执行器的连续线性被控对象的控制进行了论述。控制器使用了一个确定的模型近似被控对象动态特性,并且使被控对象在低速网络的环境下达到稳定。稳定的充要条件根据更新时间和被控对象及它模型的参数得出,当更新时间或者模拟误差量增加时,系统显示出不稳定性。 本文研究了当被控对象为广义系统时,基于模型的网络控制系统的运行特性。这类网络控制系统的特点是在传感器与控制器之间添加了一个模拟模型,利用被控对象经过网络传输后的带有误差的信息(包括被控对象的状态量)来对被控对象的原始状态量进行模拟。随后建立了针对广义系统对象模型的网络控制系统数学模型。当网络诱导时延为小于一个采样周期的常数时,对系统的稳定性进行了分析。最后,通过一个数值算例说明了本文建模方法和稳定性分析判据的有效性。 本文还研究了传感器和执行器之间传送时间的特性。传送时间是从传感器到控制器/执行器之间进行信息交换的时间。作用是在系统稳定时,确定传感器和执行器之间的最大的传送时间。主要思想是通过使用传感器提供的被控对象的实际状态,来不断改进模型的状态从而完成信息反馈。
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