[發(fā)明專利]兩輸入兩輸出網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)時變時延二自由度IMC方法

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• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN107065525A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 海南大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
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• 代理人: 暫無信息

1.兩輸入兩輸出網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)時變時延二自由度IMC方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

對于閉環(huán)控制回路1：

(1).當傳感器S1節(jié)點被周期為h₁的采樣信號觸發(fā)時，將采用方式A進行工作；

(2).當控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點被反饋信號y_1b(s)觸發(fā)時，將采用方式B進行工作；

(3).當解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點被IMC信號u₁(s)觸發(fā)時，將采用方式C進行工作；

對于閉環(huán)控制回路2：

(4).當傳感器S2節(jié)點被周期為h₂的采樣信號觸發(fā)時，將采用方式D進行工作；

(5).當控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點被反饋信號y_2b(s)觸發(fā)時，將采用方式E進行工作；

(6).當解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點被IMC信號u₂(s)觸發(fā)時，將采用方式F進行工作；

方式A的步驟包括：

A1：傳感器S1節(jié)點工作于時間驅(qū)動方式，其觸發(fā)信號為周期h₁的采樣信號；

A2：傳感器S1節(jié)點被觸發(fā)后，對被控對象G₁₁(s)的輸出信號y₁₁(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)的輸出信號y₁₂(s)，以及解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點的輸出信號y_11mb(s)和y_12mb(s)進行采樣，并計算出閉環(huán)控制回路1的系統(tǒng)輸出信號y₁(s)和反饋信號y_1b(s)，且y₁(s)＝y(tǒng)₁₁(s)+y₁₂(s)和y_1b(s)＝y(tǒng)₁(s)-y_11mb(s)-y_12mb(s)；

A3：傳感器S1節(jié)點將反饋信號y_1b(s)，通過閉環(huán)控制回路1的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點傳輸，反饋信號y_1b(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₂后，才能到達控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點；

方式B的步驟包括：

B1：控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點工作于事件驅(qū)動方式，被反饋信號y_1b(s)所觸發(fā)；

B2：在控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點中，將反饋信號y_1b(s)先與被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)的輸出y_12ma(s)相加后再與被控對象預(yù)估模型G_11m(s)的輸出值y_11ma(s)相減，并將其結(jié)果作用于反饋濾波器F₁(s)得到其輸出值y_F1(s)，即y_F1(s)＝(y_1b(s)+y_12ma(s)-y_11ma(s))F₁(s)；將閉環(huán)控制回路1的系統(tǒng)給定信號x₁(s)，減去反饋濾波器F₁(s)的輸出信號y_F1(s)，得到偏差信號e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_F1(s)；

B3：對e₁(s)實施內(nèi)模控制算法C_1IMC(s)，得到IMC信號u₁(s)；

B4：將IMC信號u₁(s)與預(yù)解耦交叉通道傳遞函數(shù)P_12m(s)的輸出信號y_p12m(s)相減，得到預(yù)解耦信號u_p1m(s)，即u_p1m(s)＝u₁(s)-y_p12m(s)；

B5：將來自控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點閉環(huán)控制回路2中的預(yù)解耦信號u_p2m(s)作用于閉環(huán)控制回路1的被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出信號y_12ma(s)；將預(yù)解耦信號u_p2m(s)作用于交叉解耦通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型P_12m(s)得到其輸出信號y_p12m(s)；將y_p12m(s)作用于被控對象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11ma(s)；

B6：將IMC信號u₁(s)通過閉環(huán)控制回路1的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元向解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點傳輸，u₁(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₁后，才能到達解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點；

方式C的步驟包括：

C1：解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點工作于事件驅(qū)動方式，被IMC信號u₁(s)所觸發(fā)；

C2：將來自于閉環(huán)控制回路2解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點的解耦輸出信號u_p2(s)，作用于閉環(huán)控制回路1的解耦交叉通道傳遞函數(shù)P₁₂(s)得到其輸出值y_p12(s)；將IMC信號u₁(s)與y_p12(s)相減，得到控制回路1的解耦輸出信號u_p1(s)，即u_p1(s)＝u₁(s)-y_p12(s)；

C3：將來自于閉環(huán)控制回路2解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點的解耦輸出信號u_p2(s)，作用于解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點中的預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出值y_12mb(s)；

C4：將解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點的輸出信號u_p1(s)，作用于被控對象傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11mb(s)；

C5：將解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點的輸出信號u_p1(s)，作用于被控對象G₁₁(s)得到其輸出值y₁₁(s)；將信號u_p1(s)作用于被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)得到其輸出值y₂₁(s)；從而實現(xiàn)對被控對象G₁₁(s)和G₂₁(s)的解耦與二自由度IMC，并實現(xiàn)對時變網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂的補償與控制；

方式D的步驟包括：

D1：傳感器S2節(jié)點工作于時間驅(qū)動方式，其觸發(fā)信號為周期h₂的采樣信號；

D2：傳感器S2節(jié)點被觸發(fā)后，對被控對象G₂₂(s)輸出信號y₂₂(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)輸出信號y₂₁(s)，以及解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點的輸出信號y_22mb(s)和y_21mb(s)進行采樣，并計算出閉環(huán)控制回路2系統(tǒng)輸出信號y₂(s)和反饋信號y_2b(s)，且y₂(s)＝y(tǒng)₂₂(s)+y₂₁(s)和y_2b(s)＝y(tǒng)₂(s)-y_22mb(s)-y_21mb(s)；

D3：傳感器S2節(jié)點將反饋信號y_2b(s)，通過閉環(huán)控制回路2的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點傳輸，反饋信號y_2b(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₄后，才能到達控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點；

方式E的步驟包括：

E1：控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點工作于事件驅(qū)動方式，被反饋信號y_2b(s)所觸發(fā)；

E2：在控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點中，將反饋信號y_2b(s)先與被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_21m(s)的輸出y_21ma(s)相加后再與被控對象預(yù)估模型G_22m(s)的輸出值y_22ma(s)相減，并將其結(jié)果作用于反饋濾波器F₂(s)得到其輸出值y_F2(s)，即y_F2(s)＝(y_2b(s)+y_21ma(s)-y_22ma(s))F₂(s)；將閉環(huán)控制回路2的系統(tǒng)給定信號x₂(s)，減去反饋濾波器F₂(s)的輸出信號y_F2(s)，得到偏差信號e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)-y_F2(s)；

E3：對e₂(s)實施內(nèi)模控制算法C_2IMC(s)，得到IMC信號u₂(s)；

E4：將IMC信號u₂(s)與預(yù)解耦交叉通道傳遞函數(shù)P_21m(s)的輸出信號y_p21m(s)相減，得到預(yù)解耦信號u_p2m(s)，即u_p2m(s)＝u₂(s)-y_p21m(s)；

E5：將來自控制預(yù)解耦器CPD節(jié)點閉環(huán)控制回路1中的預(yù)解耦信號u_p1m(s)作用于閉環(huán)控制回路2的被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_21m(s)得到其輸出信號y_21ma(s)；將預(yù)解耦信號u_p1m(s)作用于交叉解耦通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型P_21m(s)得到其輸出信號y_p21m(s)；將y_p21m(s)作用于被控對象預(yù)估模型G_22m(s)得到其輸出值y_22ma(s)；

E6：將IMC信號u₂(s)通過閉環(huán)控制回路2的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元向解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點傳輸，u₂(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₃后，才能到達解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點；

方式F的步驟包括：

F1：解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點工作于事件驅(qū)動方式，被IMC信號u₂(s)所觸發(fā)；

F2：將來自于閉環(huán)控制回路1解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點的解耦輸出信號u_p1(s)，作用于閉環(huán)控制回路2的解耦交叉通道傳遞函數(shù)P₂₁(s)得到其輸出值y_p21(s)；將IMC信號u₂(s)與y_p21(s)相減，得到控制回路2的解耦輸出信號u_p2(s)，即u_p2(s)＝u₂(s)-y_p21(s)；

F3：將來自于閉環(huán)控制回路1解耦執(zhí)行器DA1節(jié)點的解耦輸出信號u_p1(s)，作用于解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點中的預(yù)估模型G_21m(s)得到其輸出值y_21mb(s)；

F4：將解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點的輸出信號u_p2(s)，作用于被控對象傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_22m(s)得到其輸出值y_22mb(s)；

F5：將解耦執(zhí)行器DA2節(jié)點的輸出信號u_p2(s)，作用于被控對象G₂₂(s)得到其輸出值y₂₂(s)；將信號u_p2(s)作用于被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)得到其輸出值y₁₂(s)；從而實現(xiàn)對被控對象G₂₂(s)和G₁₂(s)的解耦與二自由度IMC，并實現(xiàn)對時變網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的補償與控制。