[發明專利]網絡化控制系統采樣周期優化控制方法

有效

• 申請號: 201710320490.7
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN106970611B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 孫偉;黃習習;王建平;李奇越;穆道明;徐曉冰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明提供了一種網絡化控制系統采樣周期優化控制方法，包括對被控對象的測量輸出變量、被調輸出變量進行采樣，并構建離散系統模型；建立采樣周期T_s與網絡延遲τ之間的關系；設計動態輸出反饋魯棒控制器，并構建閉環系統模型；檢測所得到的閉環系統模型是否滿足魯棒漸進穩定要求；建立采樣周期T_s與最優魯棒性能γ之間的關系；設定采樣步長h，并設下一采樣周期T_s’＝T_s+h，重復上述過程，當閉環系統失去魯棒漸進穩定時停止采樣，定義最小的最優魯棒性能γ所對應的下一采樣周期T_s’為最優采樣周期，并記為T_γ。本發明主要解決了采樣周期優化控制的問題，設計了一種態輸出反饋魯棒控制器，保證了系統在外界擾動干擾的情況下，仍然具有良好的穩定性，動態性與魯棒性。

技術領域

本發明涉及網絡化控制系統自動控制技術領域，是一種網絡化控制系統的采樣周期優化控制方法。

背景技術

隨著自動化控制理論、計算機技術、網絡通信技術的日益發展和交叉滲透，控制系統的結構越來越復雜，空間分布越來越廣，網絡化控制系統(Networked Control System，NCS)是一個通過實時網絡構成的閉環反饋控制系統。網絡化控制系統中，網絡作為傳輸介質，實現著傳感器、控制器、執行器和其它網絡節點之間的數據傳輸，從而實現資源共享、遠程檢測和控制。網絡化控制系統以其成本低、連接靈活、易于安裝擴展、便于維護等優點從根本上突破了傳統的“點對點”式信號控制的局限性，是遠程控制系統的客觀需求，已廣泛應用于航天航空、智能電網、遠程故障診斷、機器人控制等領域。圖2是網絡化控制系統的典型結構，由于網絡對通信介質分時復用的特點，當多個節點通過網絡進行數據傳輸時，常常出現信息阻塞、連接中斷、多幀傳輸等現象，因而不可避免的出現信息的延遲，因此時滯問題是網絡化控制系統面臨的主要問題之一，它往往是導致系統惡化的重要原因。另一方面，隨著現代控制系統規模的不斷擴大，復雜性不斷增加，外部環境不可預知性，外部干擾隨機性等，使人們很難得到系統確定的描述，因此考慮系統的外部擾動，設計網絡化控制系統的魯棒控制策略，以保證系統的動態特性在一定擾動范圍內變化時仍能保持較好的性能是非常重要且必要的。

在實際的NCS中，由于環境因素或經濟條件的限制，系統中不僅存在網絡延遲，而且難以檢測到被控對象的全部狀態，為此，網絡化控制系統問題的研究已成為熱點之一。如朱其新,盧開紅,朱永紅,等人在文獻《多速率無時延網絡控制系統的魯棒狀態反饋控制[J]》(蘇州科技學院學報(自然科學版),2017,34(1).)中指出節點的采樣頻率多于一個的網絡控制系統稱為多速率網絡控制系統，該文利用魯棒控制和線性不等式方法，設計了多速率無時延網絡控制系統的魯棒狀態反饋控制器，所設計的控制器可以使相應的閉環系統漸進穩定。此方法存在以下不足之處：

1)文中提出對傳感器節點，控制器節點，以不同的采樣周期進行離散化處理，對每個節點的采樣周期仍然是事先給出，此方法得到的魯棒控制器，僅僅是在該采樣周期下的最優控制，屬于局部最優，并不能保證系統的全局最優，即在最優的采樣周期下，系統達到最優魯棒控制；

2)作者的工作是在不考慮網絡延時的理想情況下進行的，而在實際的工業系統中，網絡延時必然存在；

3)文中設計的控制器為狀態反饋魯棒控制器，而在實際的工程應用中，系統的狀態往往是難以測量采集的，這便限制了該方法在工程中的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題為針對現有網絡化控制技術中存在的以固定的采樣周期得到魯棒控制器并不能保證系統魯棒性能全局最優的問題，網絡延遲問題，外部擾動問題，提供了一種網絡化控制系統的采樣周期優化控制方法。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案。

一種網絡化控制系統采樣周期優化控制方法，包括對被控對象測量輸出

變量和被調輸出變量的采樣，其主要步驟如下：