网络控制系统的分析及模糊PID控制方法研究

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网络控制系统(Networked Control System,简称NCS)是指通过通信网络将传感器、控制器、执行器等设备互相连接起来的分布式的实时闭环控制系统。由于网络控制系统中的信息都是通过网络进行传输的,而实际网络的带宽总是有限的,因此,网络控制系统存在网络时延、数据丢包等问题。除此以外,网络调度、误码与错序等也都是网络控制系统中需要考虑和分析的问题。这些问题不仅会降低控制系统的性能,甚至会使系统失去稳定性。利用传统的控制方法无法有效地解决这个问题,所以我们需要对网络控制系统进行智能控制方法的研究。本文首先研究了网络控制系统的系统结构及特点并着重分析了影响网络控制系统性能的主要因素,同时分析了一种特殊网络——以太网技术的特点。然后对PID参数的整定方法进行了分析,在本文中选择简单易用的全局优化方法即遗传算法对PID参数进行优化,给出了遗传算法优化PID参数的设计步骤;研究了自适应模糊PID控制器的原理及设计方法,并将其应用于网络控制系统中,以改善网络控制系统的性能:搭建了基于Matlab/TrueTime的仿真平台,在改变不同参数的情况下,与PID网络控制系统对比,分析模糊PID网络控制系统性能。仿真结果表明:与PID网络控制系统相比,模糊PID网络控制系统具有更好的控制性能和品质。验证了自适应模糊PID控制器能够降低时延、丢包、网络干扰等对网络控制系统性能的影响,提高系统的稳定性,并使系统具有良好的动态性能和鲁棒性。为了降低网络延时对系统性能的影响,将Smith预估补偿器与模糊PID控制器相结合,设计了Smith预估模糊PID控制器,并将其应用于网络控制系统中,仿真表明,它能对网络时延有效地补偿,从而提高网络控制系统的性能。最后对文章的主要内容进行了总结,并分析了将来要改善和改进的内容。
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