[發明專利]一種基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法

有效

• 申請號: 201210004515.X
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102566428A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李金娜;袁德成
• 申請（專利權）人: 沈陽化工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

技術領域

本發明涉及網絡控制系統控制器設計技術，特別是涉及一種基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法。

背景技術

網絡控制系統能實現信息資源共享，遠程操作，并具有操作簡便、易于安裝和維護、低費用等優點，迎合了工業、醫療和交通等領域實現低成本、節能、高效和智能化發展的迫切需要，被迅速應用到復雜的工業控制、遠程醫療、智能交通等領域。網絡控制系統以其深遠的學術價值和廣泛的應用前景，已經引起國內外學者的極度關注，成為國內外控制界研究的熱點。

控制系統網絡化應用領域的特點對可靠性、實時性和節能性等通信質量提出了更加嚴格的要求?？煽啃苑矫妫瑧妙I域現場環境的復雜性，噪聲、干擾存在的不可避免性，使得利用稀缺的信道資源實現可靠通信成為急需解決的難題；實時性方面，應用領域對實時性的要求非常嚴格，微小的延遲都會造成重大事故。具有硬實時保證的通信是控制系統網絡化應用的基本要求；節能性方面，低能耗是保證設備長期運行、降低維護成本的關鍵，也是控制系統網絡化應用的又一要求，特別是對電源更換困難的設備而言。網絡的介入，不可避免地存在數據包錯序現象，數據包錯序已經是現代工業、遠程醫療、商業等領域網絡化應用中一個普遍存在的客觀現象。數據包錯序是指數據包提前或遲于到達接收端，也有部分文獻僅將遲于到達接收端的數據包作為錯序包。網絡控制系統作為一個包括網絡與控制的整體,?其性能既包括網絡性能又包括控制性能。錯序影響網絡性能(帶寬、傳輸率、吞吐量和時延等)和控制性能(超調量、穩態誤差、相位裕度和跟蹤誤差等)。為滿足應用領域現代化、網絡化、智能化高速發展的需求，大量的信息流和高度的鏈路平行性，尤其是無線自組織網絡(Ad?Hoc)的應用，使錯序呈現日益嚴重的趨勢。鑒于錯序對網絡控制系統整體性能的影響，為保證可靠、實時的網絡通信，降低能耗，獲得較高的控制性能指標，網絡控制系統有必要采用先進的控制技術，消除錯序對系統性能的影響。而目前，能夠同時滿足上述可靠性、實時性以及節能性三方面要求的基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法，尚未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法，即，提供一種可靠、實時、靈活、節能的、基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法，該方法包括：基于實時統計分析的錯序認知方法；

基于錯序認知的采樣率自適應算法；

????采樣率和被控對象聯合控制的控制器設計；

面向網絡的閉環網絡控制系統建模；

面向網絡的控制系統穩定性分析與性能優化；

其集成控制器包括三個模塊：認知模塊，實現錯序感知、識別和分析；計算模塊，計算錯序度量值，設計采樣率自適應算法，計算聯合控制采樣率和被控對象的控制行為；監管模塊，監督系統性能指標變化，調整控制器參數；

其錯序認知過程包括錯序感知、錯序分析和錯序決策；

其采樣率自適應算法以錯序認知為基本依據，根據采樣率與錯序熵統計信息之間的復雜耦合關系，構建采樣率狀態方程。

所述的一種基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法，其所述的錯序感知，通過采用數據包的期望到達序列數與接收索引(接收端分配)比較法實現錯序的實時感知和識別；錯序分析，基于熵的統計學意義，估計最大時延界???????????????????????????????????????????????，確定錯序閾值，采用直方圖方法計算錯序密度，獲得錯序熵的統計規律，其中，表示偏移值為的數據包的錯序密度，為非負整數，表示錯序閾值；錯序決策：基于錯序熵，采用迭代算法，建立采樣周期的狀態方程。

所述的一種基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法，其所述的基于錯序認知的采樣率自適應算法具體步驟如下：

基于錯序熵越接近0越有序，越大越無序的原理及其統計規律，應用回歸分析方法，研究采樣率與錯序熵之間的復雜關系；

根據采樣率關于錯序熵的擬合曲線，選用適當步長和限制調控量因子；

基于，采用迭代算法，建立采樣周期的狀態方程，其中，表示第次采樣時刻，表示時刻的錯序熵。

所述的一種基于錯序認知的網絡控制系統集成控制器設計方法，其考慮克服網絡不利因素(錯序、時延和丟包)的自身控制器設計的同時，實現采樣率和被控對象一體化控制。