双采样率网络化串级控制及其多回路协同调度研究

来源 :桂林理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:clin_789
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网络控制系统(network control systems,NCSs)是一种通过网络传输系统信息的反馈控制系统。双采样率网络化串级控制系统是采用不同采样率的双环结构模型,其运行机制并不同于传统NCSs。本文主要研究双采样率网络化串级控制系统的控制和协同调度问题。具体如下:  (1)首先介绍了NCSs的背景、结构和发展历史等内容。其次介绍了NCSs的基本概念,包括NCS基本问题和协同调度基本方法,如时延、数据包丢失、节点驱动、变采样周期调度、死区调度等。接着介绍了NCSs的研究现状,阐述分成控制和协同调度两个部分。最后介绍了本文的预备知识,包括理论依据和算法等。  (2)针对具有随机丢包的双采样率网络化串级控制系统,提出了该系统的数学模型建立方法,并得出了其数学模型的稳定条件,还提出了其控制器的设计方法。第一步,建立系统模型。考虑到该系统是串级双环结构,且内环采样周期比外环快N倍,因此首先采用提升技术,将内环状态方程按照时间顺序扩展N倍,令内环和外环状态变量统一。其次针对网络随机丢包仅与前一周期的网络状态有关的特点,采用Marko v链描述该系统随机丢包过程。最后结合状态增广法建立了双采样率网络化串级控制系统的数学模型。第二步,稳定性分析。利用Lyap uno v稳态判据,得出了该系统随机稳定的充分条件。第三步,提出了基于线性锥补法设计状态反馈控制器。  (3)针对网络上运行多个回路的双采样率网络化串级控制系统问题,设计了协同调度策略。在每一个采样时刻,该系统的内环和外环对网络资源的需求都是不同,根据这个特点,本文提出了一种综合调度策略。内环采用变采样周期调度策略,利用指数平滑预测法对网络利用率进行预测,并以此为依据动态改变采样周期,达到合理分配网络资源的目的。外环采用死区调度策略,设计了传感器的通信死区判据,通过主动丢弃满足死区判据的信号来释放网络资源。最后还提出了周期调整范围、死区值选定范围和死区值补偿等问题的解决方法。  (4)利用Truetime分别对双采样率网络化串级控制系统和其多回路模型进行仿真,以验证本文所给出的理论与方法。
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