[發明專利]網絡串級控制系統外反饋與內回路隨機性網絡時延補償法

有效

• 申請號: 201010552917.4
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN102033530A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 杜鋒;杜文才
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04L7/00
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技術領域

本發明涉及網絡串級控制系統中，外反饋與內回路網絡通路隨機性網絡時延的補償方法，屬于網絡控制系統技術領域.

背景技術

由變送器、控制器與執行器等節點通過實時通信網絡構成的閉環反饋控制系統稱為網絡控制系統(Networked?Control?Systems，NCS).網絡控制系統最早于1998年出現在美國馬里蘭大學Walsh的論著中，當時只用圖示方法說明了網絡化控制系統結構.與傳統的點對點結構的系統相比，網絡控制系統具有成本低、易于信息共享、易于擴展維護、靈活性大等優點，因此近幾年來被廣泛的應用于工業控制中.但由于網絡通信帶寬和承載能力有限，數據的傳輸不可避免地存在網絡誘導時延、丟包等問題.

由于工程實際控制問題中往往存在時滯和不確定性，而時滯的存在往往會降低系統的性能甚至引起系統不穩定.網絡系統所特有的一些性質(如時變延遲、丟包等)，使得對網絡控制系統的研究出現了一些新的問題.

目前，國內外關于網絡控制系統的研究主要是針對單回路的控制系統，分別在網絡時延恒定、時變或隨機，網絡時延小于一個采樣周期或大于一個采樣周期，單包傳輸或多包傳輸，有無數據包丟失等各種條件下，對其進行建模與穩定性分析，但鮮有論文對網絡串級控制系統進行研究.控制回路通過實時網絡閉合的串級控制系統稱為網絡串級控制系統(NCCS)，適用于本發明的網絡串級控制系統的典型結構框圖如圖1所示.

由于網絡串級控制系統是一個多閉環回路的網絡控制系統，對網絡時延影響的分析與系統性能的研究遠比單回路的網絡控制系統要復雜得多.內回路網絡時延將嚴重影響內回路網絡控制系統的快速性和抗干擾能力，同時也將與外回路網絡時延一起對整個網絡串級控制系統的穩定性和控制品質產生負面影響.

對于網絡時延研究的難點在于：

(1)由于網絡時延與網絡拓撲結構、通信協議、網絡負載、網絡帶寬和數據包大小等因素有關.對大于數個乃至數十個采樣周期的網絡時延，要建立準確的預測、估計或辨識的數學模型，目前幾乎是不可能的.

(2)發生在前一個節點向后一個節點傳輸網絡數據過程中的網絡時延，在前一個節點中無論采用何種預測或估計方法，都不可能事先提前知道其后產生的網絡時延的準確值.時延導致系統性能下降甚至造成系統不穩定，同時也給控制系統的分析與設計帶來困難.

(3)要滿足網絡串級控制系統中，不同分布地點的所有節點時鐘信號完全同步是不現實的.

針對網絡僅存在于外回路反饋通路以及整個內回路(反饋與前向通路)中的如圖2所示的網絡串級控制系統，其輸入R(s)與輸出Y₁(s)之間的閉環傳遞函為