基于预估补偿的网络控制系统模糊免疫PI控制

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网络控制系统(networked control system,NCS)以其可扩展性强、结构灵活、成本低、安装维护方便等优点而广泛应用于控制系统中。但同时将网络引入控制环路,也产生了一些不可避免的问题,其中最主要的问题就是网络产生的延时和数据包丢失。网络传输延时的存在将大大降低控制系统的性能,例如超调量增大、上升时间变长等,更严重的情况会使系统不稳定或者稳定域变小。因此,延时问题是网络控制系统中最受关注的问题之一。本文在分析网络延时特点的基础上,设计了Smith预估补偿和模糊免疫PI控制相结合的控制方法,来实现对网络控制系统的延时补偿。首先,本文把被控对象和网络看作一个时变的被控系统。由于网络控制系统的延时是时变的,所以被控系统的参数是时变的,且新数据最能反应系统的当前特性,因此,本文用渐消记忆的最小二乘算法对该系统参数进行在线计算,利用新的量测数据来不断改进参数的估计值,并用Smith补偿器对延时进行补偿,初步解决网络延时给系统带来的影响。其次,考虑到最小二乘估计存在一定的误差,Smith补偿器也不能够完全对其补偿。因此,本文结合应用了基于模糊规则的免疫PI控制器,并根据控制量的变化来调节PI控制器参数,在参数选择合适的情况下,能有效地改善系统的控制性能。为了验证本文控制方法的有效性,以直流电机为被控对象进行了仿真研究,结果表明该方法简单,灵活,参数适应性广,能够有效地改善系统的动态性能和稳态性能,提高系统的鲁棒性。最后,本文设计了基于校园网的网络控制系统实验平台,并介绍了其相关的软件结构。最后在此平台上对本文提出的控制方法进行实验,再一次验证了该方法的有效性。
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