非线性系统的网络化控制

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随着控制技术与网络信息技术的不断融合,网络化控制系统(Networked Control Systems, NCS)已经应用于智能交通控制、楼宇自动化和航天器等许多领域。它的优点有可以资源共享,便于安装、扩展与维护,较高的可靠性。但也使得数据传输出现了随机时变延时,数据丢失和数据时序颠倒等问题,对系统性能和稳定性造成了不利影响。基于切换模型理论讨论了网络化系统的稳定性问题,考虑网络延时和数据包丢失情况,得出了丢包上限和系统稳定性之间的定量关系。在保证稳定性前提下,引入预测控制思想对网络环节进行处理是一种十分可行的思路,利用DMC对线性网络化系统进行预测控制,并通过与PID控制效果的比较,证明了其有效性。非线性网络化系统的控制可以有两种思路,一种是先经过线性化,再对得到的线性网络化系统进行控制,通过DMC仿真结果看出并不是十分理想;另一种是对其进行直接控制,目前针对这方面的研究工作还比较少,这也是本文的创新之处。针对非线性网络化控制系统中的网络环节问题,本文在预测控制思想的基础上,针对前馈通道和反馈通道同时存在网络传输环节的情况,利用asNMPC方法实现了对于非线性网络化控制系统中上述问题的补偿控制。以CSTR模型为研究对象,考虑前馈和反馈通道同时存在时变延时、时序颠倒和丢包,借鉴时间标志的运用,进行asNMPC控制器设计。对于前向通道网络环节,分为两种情况处理,分别是设置缓冲区和在传输数据上附加时间标志,在模型失配情况下与DMC进行比较。仿真结果表明,相对于DMC预测算法而言,在非线性网络化控制系统方面,asNMPC方法更加有效,对于CSTR非线性控制系统考虑网络环节时的控制效果很好,能够对网络环节进行有效的补偿控制。
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