网络控制系统的控制与调试研究

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网络控制系统(NCS)是一种全分布式、网络化的实时反馈控制系统,它是控制科学、计算机及网络技术的综合应用,具有控制范围广、系统连线少、运行成本低、易于系统维护等优点。但是网络给控制系统带来便利的同时,也给控制学科带来了新的挑战,如网络诱导时延、数据包传输、信息调度等问题。如何解决这些问题,充分发挥其优势,成为了学术界研究的一个热点。本文从控制与调度的角度对NCS展开了研究。   首先,针对网络诱导的不确定时延问题,设计了NCS的模糊逻辑时延补偿PID控制器,并结合Smith预估控制,设计了NCS的Smith预估模糊补偿控制器。仿真结果表明了控制方法的有效性。   其次,针对NCS中的信息调度问题,设计了NCS的模糊动态调度算法,同时,考虑采样周期对NCS性能的影响,提出了NCS的变采样周期模糊动态调度算法。利用Truetime工具箱对所设计的调度算法进行了仿真研究,结果表明了所设计的调度算法的有效性。   再次,研究了NCS中的控制与调度协同设计的问题。一方面,以采样周期为纽带,将RM和EDF调度算法下的协同设计归结为求解非线性规划问题,从而求得满足网络稳定性和可调度性的最优采样周期。另一方面,针对变采样周期模糊调度算法,考虑网络短时延的情形,将NCS建模为一类具有参数不确定的离散时间系统,利用LMI方法设计了NCS的控制器。仿真结果表明变采样周期较固定采样周期能够获得更好的系统响应性能和更多可利用的网络资源。   最后,对本文进行了总结,并指出需要进一步研究的方向。
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