基于時(shí)間序列方法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延預(yù)測(cè)與改進(jìn)型廣義預(yù)測(cè)控制算法在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(networked control system，NCS)是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將分布于不同地理位置的控制器、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相互連接，形成一種遠(yuǎn)程分布的實(shí)時(shí)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。NCS的特點(diǎn)呈現(xiàn)了控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、分布化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)。然而，由于通信機(jī)制與傳輸協(xié)議，以及網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)共享有限帶寬等原因，當(dāng)控制器、傳感器和執(zhí)行器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，將不可避免的出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞、網(wǎng)絡(luò)擁塞等情況，導(dǎo)致發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂、數(shù)據(jù)

2、包丟失等問(wèn)題。導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性的問(wèn)題。因此，本文針對(duì)NCS中的時(shí)延和丟包進(jìn)行研究與補(bǔ)償。
　　首先，本文介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概念，組織結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。提出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中時(shí)延和丟包的問(wèn)題與產(chǎn)生原因，對(duì)控制系統(tǒng)的影響，以及其它一些相關(guān)問(wèn)題，并簡(jiǎn)述了許多國(guó)際國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)于時(shí)延與丟包問(wèn)題的處理方法。
　　為了解決NCS中的時(shí)延和丟包補(bǔ)償問(wèn)題，本文首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，研究了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的性質(zhì)，提出了

3、一種對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行建模分析的方法，并提出一種新型的運(yùn)用建立狀態(tài)空間模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。
　　在此之后，本文提出了針對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延與數(shù)據(jù)丟包的補(bǔ)償方法，將廣義預(yù)測(cè)控制算法(Generalized Predictive Control，GPC)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。并對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)被控對(duì)象受到干擾及模型慢變等情況，提出了自適應(yīng)系統(tǒng)辨識(shí)廣義預(yù)測(cè)控制算法，有效的補(bǔ)償了系統(tǒng)模型變化對(duì)控制算法的影響，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與魯棒性;對(duì)于網(wǎng)絡(luò)

4、控制系統(tǒng)的時(shí)延與丟包問(wèn)題，分情況討論了可能出現(xiàn)的大時(shí)延問(wèn)題、數(shù)據(jù)丟包問(wèn)題、時(shí)序錯(cuò)亂問(wèn)題，引入了排隊(duì)序列機(jī)制，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了保障;對(duì)于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的增大導(dǎo)致的預(yù)測(cè)步數(shù)增加，繼而使預(yù)測(cè)誤差放大影響系統(tǒng)性能的情況，采用了預(yù)測(cè)誤差修正等優(yōu)化方案。
　　最后，本文將時(shí)延建模預(yù)測(cè)的結(jié)果引入到廣義預(yù)測(cè)算法中，將預(yù)測(cè)的時(shí)延值作為廣義預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)長(zhǎng)度設(shè)定的依據(jù)，從而在保證控制性能的基礎(chǔ)上，極大的減小了算法的計(jì)算復(fù)雜程度，從另一方面減少了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。