CN107367935A - 一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法 - Google Patents

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黄玲
韩建伟
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

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Abstract

本发明公开了一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法，以NCS仿真模型为基础，研究采样周期、网络传输率、丢包率、时延、系统扰动等几种因素对系统稳定性的影响，同时针对网络诱导时延对系统性能的影响，提出一种时延补偿方案，并利用Truetime工具箱对提出的方案进行验证。本发明针对网络控制系统产生的时延问题，提出时延补偿方案，并在Truetime环境下，建立该时延补偿方案的系统模型，针对不同类型的时延，测试系统的性能，从而分析所提出补偿方案的可行性和有效性。

Description

一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法
技术领域
本发明涉及一种补偿策略的方法，具体是一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法。
背景技术
20世纪80、90年代以来，随着网络通信、计算机技术和控制技术的不断发展，NCS以其资源共享、远程操作、交互性好、成本低、便于扩展维护、较高的可靠性和柔性等优点取得了广泛的应用，包括工业过程控制、电力自动化系统、石油化工、移动机器人、国防军事、航天航空、环境监测以及海洋信息遥测等多个领域。同时，随着实际应用的不断深入，对系统的分析和设计也提出了更高的要求。由于网络带宽有限并且为系统中的各个节点所共用，当节点通过网络进行数据交换时，便会产生一系列不可避免的现象，如多包传输、时序错乱、数据碰撞、丢包、网络拥塞、时延、连接中断等，这些因素对系统的影响如何，是网络控制系统理论、实际应用都必须考虑的问题，因此对网络控制系统影响因素的分析具有重要的理论和实际价值。
由于网络的引入带来的问题，例如时延、丢包、时序错乱等，都可能使得控制系统的性能发生变化，也会对系统的稳定性产生一些负面的影响，比如系统性能的下降，系统的稳定范围的缩小，严重时会使系统性能无法满足实际要求，有的甚至会使系统不稳定。由于传统的控制理论通常都有一定的理想假设件，其中一些在NCS中是难以满足的，所以需要提出新的理论来补偿网络控制系统诱导因素对系统地影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法，包括如下步骤：首先通过TrueTime工具箱搭建一个网络控制系统的模型，来研究网络时延、丢包率、采样周期、系统扰动这些因素对网络控制系统稳定性的影响，通过固定所述因素中的某些因素、修改某一因素的方法来研究这几种因素对网络控制系统的稳定性的影响，得到网络诱导因素对系统影响的仿真图像，为实际网络控制系统的设计提供参考；其次，针对短时延网络控制系统的研究，在一个周期内，控制输入函数成为一个分段函数，然后对其进行离散化，得到一个离散化的模型，再设计一个观测器来实现对时延的补偿，基于增广变量，建立增广系统模型，通过研究增广系统的稳定性从而求解补偿控制器，最后再通过TrueTime工具箱搭建出短时延补偿模型，验证补偿方案的有效性，然后，针对长时延网络控制系统，通过设计预估控制器来实现时延的补偿，并选择李雅普诺夫函数来求得系统的稳定条件和控制器的表达式；再通过TrueTime工具箱搭建出长时延补偿模型，验证补偿方案的有效性。
作为本发明再进一步的方案：以NCS仿真模型为基础，研究采样周期、网络传输率、丢包率、时延、系统扰动几种因素对系统稳定性的影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对网络控制系统产生的时延问题，提出时延补偿方案，并在Truetime 环境下，建立该时延补偿方案的系统模型，针对不同类型的时延，测试系统的性能，从而分析所提出补偿方案的可行性和有效性。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法，首先通过TrueTime工具箱来搭建一个网络控制系统的模型，来研究网络时延、丢包率、采样周期、系统扰动等几种因素对网络控制系统稳定性的影响，通过固定某些因素，修改某一因素的方法来研究这几种因素对网络控制系统的稳定性的影响，得到网络诱导因素对系统影响的仿真图像，为实际网络控制系统的设计提供参考。其次，针对短时延网络控制系统的研究，考虑到其时延的影响，在一个周期内，控制输入函数成为一个分段函数，然后对其进行离散化，得到一个离散化的模型。再通过设计一个观测器来实现对时延的补偿。基于增广变量，建立增广系统模型，通过研究增广系统的稳定性从而求解补偿控制器。最后再通过truetime工具箱搭建出短时延补偿模型，验证补偿方案的有效性。然后，针对长时延网络控制系统，通过设计预估控制器来实现时延的补偿，并通过合理的选择李雅普诺夫函数来求得系统的稳定条件和控制器的表达式；再通过truetime工具箱搭建出长时延补偿模型，验证补偿方案的有效性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法，其特征在于，包括如下步骤：首先通过TrueTime工具箱搭建一个网络控制系统的模型，来研究网络时延、丢包率、采样周期、系统扰动这些因素对网络控制系统稳定性的影响，通过固定所述因素中的某些因素、修改某一因素的方法来研究这几种因素对网络控制系统的稳定性的影响，得到网络诱导因素对系统影响的仿真图像，为实际网络控制系统的设计提供参考；其次，针对短时延网络控制系统的研究，在一个周期内，控制输入函数成为一个分段函数，然后对其进行离散化，得到一个离散化的模型，再设计一个观测器来实现对时延的补偿，基于增广变量，建立增广系统模型，通过研究增广系统的稳定性从而求解补偿控制器，最后再通过TrueTime工具箱搭建出短时延补偿模型，验证补偿方案的有效性，然后，针对长时延网络控制系统，通过设计预估控制器来实现时延的补偿，并选择李雅普诺夫函数来求得系统的稳定条件和控制器的表达式；再通过TrueTime工具箱搭建出长时延补偿模型，验证补偿方案的有效性。
2.根据权利要求1所述的基于TrueTime的网络控制系统补偿策略的方法，其特征在于，以NCS仿真模型为基础，研究采样周期、网络传输率、丢包率、时延、系统扰动几种因素对系统稳定性的影响。
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