动态矩阵控制在网络时延补偿中的应用研究

在网络控制系统中,随机传输时延大大降低了系统的控制性能,并导致系统的不稳定.针对以太网在网络控制系统中的随机传输时延问题,提出了一种基于DMC的NCS时延补偿控制方案.该方案采用DMC算法设计控制器,同时通过网络时延补偿器和动态缓冲器整定控制量,使系统输出能迅速跟踪突变输入.利用TureTime工具箱进行仿真实验,结果证明了该算法在处理网络控制系统的时延问题时具有有效性和可行性.     

基于Levinson-Durbin算法的变采样周期调度

由于资源受限而产生的网络时延是多回路网络控制系统面临的最严重问题之一,该时延具有随机、时变的特性,它将导致控制效果不理想,甚至使得系统不稳定。针对该问题,本文提出了基于中间插件的变采样周期调度策略,通过动态调整各控制回路的采样周期来实现网络资源的动态分配,以有效地减小网络时延,保证系统的稳定性。仿真结果表明,将该策略应用到资源受限的网络控制系统中,可以较大程度地减小随机时变时延对控制性能产生的负面影响,使得控制系统工作稳定,并有效地提高网络控制系统整体的控制性能。     

多回路网络化控制系统中采样周期的优化算法研究

研究了具有多个控制回路的网络化控制系统中采样周期的优化确定算法．采用将基本周期划分为时间段的方法，取各控制回路的采样周期为基本周期的2的阶次方倍且不大于相应回路的最大允许网络时延．通过对系统的可调度性进行分析，能够优化确定出各控制回路的采样周期，并且保证实时性周期数据和实时性非周期数据的实时传输以及非实时数据的最小利用率．基于CAN总线控制网络的仿真结果表明了本算法的有效性．     

基于GPC的NCS非整数倍采样周期时延补偿方法

研究具有非整数倍采样周期时延的网络控制系统(NCS)的时延补偿问题.针对NCS中的非整数倍采样周期时延,基于广义预测控制算法并结合线性插值方法,提出一种新的网络时延补偿方法.该方法能得到非整数倍采样周期的控制预测值,同时通过减小执行器读取缓冲区的周期,可有效减少由于执行器时间驱动而引起的等待时延,解决了非整数倍采样周期时延的补偿问题.最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

CAN总线控制网络实时性分析

控制回路通过实时网络闭环而成的反馈控制系统称为网络控制系统。由于控制回路网络中信息传输时延的存在,使得控制回路系统的实时性非常重要。在系统分析了CAN总线网络控制系统的时域特性的基础上,提出了一种基于CAN总线的网络控制系统设计方案,采用多率采样和动态时间窗设计概念,减少了闭环网络控制系统的时延,提高了网络带宽利用率。     

网络控制系统中在线时延测量及时延补偿

为了克服网络控制系统中随机时延对控制性能产生的影响,提出了基于在线时延测量和一步预测输出(基于在线参数辨识)的随机时延补偿方法。通过对以太网中随机时延的分析,提出一种在以太网中不存在同步时钟的情况下在线测量时延的方法;在在线辨识模型参数基础上,得到对象一步(随机时延小于一个采样周期)预测输出,从而根据测得的时延得到对象由于随机时延而引起的输出量变化;再用变化量加上对象输出量用于控制算法反馈。最后通过基于以太网控制实验平台对液位对象进行控制所得的结果,验证了时延测量方法和随机时延补偿算法的有效性。     

网络化控制系统的时延观测器设计及其状态反馈控制

研究了一种网络化控制系统,其输出时延和控制时延均大于采样周期,且控制时延服从已知随机分布.基于现今值观测器原理,采用设置缓冲区和带有时戳的传感数据传输方法,给出了一种具有时延补偿功能的时延观测器,并证明了在系统可观的条件下可实现观测器极点的任意配置.之后,基于该观测器设计了状态反馈控制系统,并证明了复合系统的分离性原理.通过仿真验证了所提方法的有效性.     

一种基于网络控制的在线时延估算算法

针对模型中网络时延的时变特性,提出了一种基于ControlNet的不需要传感器-控制器及控制器-执行器时钟同步的在线时延估算算法,根据估算得到的时延确定LQR控制器中的控制参数,并进行了仿真实验,结果表明有效地利用了系统资源,提高了控制回路的采样速率,从而提高了控制系统性能。     

基于因特网的运动控制系统中变采样过程的研究

基于因特网的运动控制系统多采用时间驱动方式,由于采样周期与时延的不匹配,在报文接收端会出现空采样和多采样现象,这些采样现象使系统变得更难控制.提出事件-时间驱动方式,即采样周期要随着网络环境的变化而变化.不但对该驱动方式下的采样信息处理方法进行研究,而且提出了相应的网络时延补偿方案.理论分析和实验结果证明该方法可在任何因特网环境下实现运动控制的任务.     

基于网络模型的综合多速率采样预测控制器

针对网络控制系统(NCS)中存在的网络延迟和数据丢包问题以及网络控制系统的多采样率特性,将预测控制器和网络延迟补偿器相结合,提出一种基于网络模型的综合多速率采样预测控制器.预测控制器利用多步预测、滚动优化、反馈校正控制策略补偿了传感器-控制器传输延迟,网络延迟补偿器补偿了控制器-执行器传输时延和一些未知网络延迟.仿真试验表明,该算法对网络延迟和数据丢包具有一定的补偿作用,提高了网络资源利用率并且保证闭环网络控制系统渐近稳定.     

网络系统中动态矩阵控制的稳定性条件

网络控制系统中的时滞和丢包会影响控制器的稳定性;因此,传统的动态矩阵控制器设计方法无法适应网络化环境.本文针对这一问题设计了一种改进型动态矩阵控制器.通过建立缓存器将不确定时滞转化为固定时滞;并提出了一种更新系统单位阶跃响应系数的方法,用来处理时滞对控制器的影响.采用一次性传输整个控制序列的方法,避免了丢包时需要更新控制量的问题.此外,进一步分析了该控制系统的稳定性问题,给出了考虑时滞和丢包信息的系统稳定性充分条件.最后通过实时仿真软件示范了如何确定允许的最大时滞和丢包.验证了该方法的有效性.     

基于神经网络延迟预测的Internet机器人远程控制

针对Internet机器人控制中延迟变化所引起的不稳定问题，采用基于RBF神经网络的延迟时间预测方法，并将其与Smith预估器结合应用于Internet机器人控制中，解决了变延迟情况下的系统稳定，仿真结果表明该方案具有较好的有效性和鲁棒性。     

计及时滞的互联电网负荷频率控制最优分数阶PID控制器设计

分数阶PID控制器相比于传统整数阶PID控制器,具有控制性能好、鲁棒性强等诸多优势,可应用于电网的负荷频率控制(load frequency control,LFC)中.针对网络化时滞互联电网的LFC问题,提出了一种基于计算智能的分数阶PID控制器参数优化整定方案.该方案选择时滞LFC系统时域输出响应构建优化目标函数,采用最近提出的灰狼优化算法获得最优的分数阶PID控制器参数,所设计的控制器能确保一定时滞区间内LFC系统的稳定性.仿真算例表明,所设计的LFC最优分数阶PID控制器比传统整数阶PID控制器的控制性能更优,时滞鲁棒性更强.     

动态自适应的Internet拥塞控制系统的PID调解器

Internet网络拥塞控制算法决定着网络的服务质量。把Internet通信系统看作具有通信时延的闭环反馈系统，建立了一个PID调解器控制Internet连接节点的拥塞率。采用特定相位裕量方法动态调整PID控制器的参数，使控制器能在线自适应网络系统中的变化。最后仿真验证了新的主动队列管理策略的有效性和鲁棒性。     

一种基于DMC的新型预测PID控制器及其整定(英文)

本文提出一种基于动态矩阵控制(DMC)算法预测特性的新型PID控制方法.在考虑将来的输出期望偏差罚函数最小的前提下,由DMC计算出控制变量的值.继而构造基于DMC的预估器用以预测将来时刻的系统输出.根据将来时刻的多步预测偏差,PID控制器产生当前时刻的实际控制增量.文中也给出了基于DMC的预估器及PID控制器的参数整定方法.仿真结果表明,与常规的PID控制和DMC控制相比,所提方法具有良好的控制性能,扰动抑制尤其优良.     

基于时延预估的网络控制系统研究

针对基于Internet环境下的控制系统中，网络时延、丢包、包序颠倒等问题对闭环实时控制系统性能造成的影响，提出了一种基于时延预估补偿控制的闭环实时控制方法。该方法引入一个网络时延存储队列，对网络时延进行在线预估，通过Smith预估器对控制系统进行动态补偿。同时，利用一类非线性PID的非线性特性对传统PID控制器进行改进，以改善时延随机性对控制系统的影响。仿真结果证明，该方法对模型精确已知的一类控制对象有较好的控制效果。     

网络控制系统Smith Fuzzy PID控制器的设计

针对网络控制系统中普遍存在的时延问题,提出了一种将模糊自适应算法和Smith预估补偿算法与常规PID控制器相结合的智能控制策略。该方法充分利用了Smith预估控制算法对带时延系统的良好控制能力,同时利用模糊推理算法实现对PID参数的在线自整定,进一步改善PID控制器的性能。仿真结果表明,基于该智能控制器的网络控制系统克服了传统PID控制超调量大及常规Smith预估补偿过分依赖于被控对象精确数学模型的缺陷,可以有效降低时延对系统性能的不利影响,使被控对象具有良好的动、静态特性。     

基于互联网的远程控制系统时延补偿的仿真研究

本文介绍了由西门子S7—226PLC与MM440变频器组成的电气控制系统在光缆护套机速度控制中的应用，并对该系统的控制原理作了详细的阐述。     

PID-DMC算法及其在液位控制系统中的应用

提出了一种新的带PID校正环节的DMC算法，论述了其原理并将其应用于实际液位控制系统，实现了系统在模型失配明显的情况下对二阶液位对象的有效控制。由于控制阀的非线性特性使得本实验中的液位对象具有时滞弱非线性特性，常规DMC算法控制存在明显的模型失配问题并影响了系统的控制性能。为此在常规DMC算法中引入PID环节，从而得到了一种新的PID—DMC算法。实验结果表明该算法能有效改善系统在模型失配情况下的控制性能，且算法简单易行，在线计算量小。     

Optimal tracking control of a flexible hub–beam system with time delay

In this paper, a new technique of time-delay compensation is proposed for active control of a flexible hub–beam system. The first-order approximation coupling (FOAC) model proposed recently for dynamics of hub–beam systems is used to verify the applicability of this technique. The FOAC model is first linearized to obtain a linearized equation. The linearized equation with time delay is then transformed into a standard form with no time delay by a particular integral transformation. The time-delay controller is designed based on this standard equation using the classical optimal tracking control theory. Since the controller is a function of modal coordinates, a modal filter is presented to estimate the modal coordinates from physical sensor measurements. The effectiveness of the proposed technique for time delay is demonstrated by numerical simulations. Simulation results indicate that a very small time delay may result in instability of the control system if it is not compensated in control design. The proposed time-delay controller is effective in controlling the system even when the maximum time delay for stability without time-delay compensation is greatly exceeded. Moreover, for the system without time delay, the proposed time-delay controller may possibly obtain much better control effectiveness than the controller without time delay.