無(wú)模型自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)逐漸在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是，利用帶寬有限的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸大量實(shí)時(shí)控制信息，給網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)了諸多問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延和丟包是影響網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)性能的兩大主要因素。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，一般的研究思路是先建立網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，再針對(duì)該數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)控制器。但是，現(xiàn)實(shí)中網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的模型難以準(zhǔn)確地建立，基于模型的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法面臨諸多挑戰(zhàn)。
　　作為一種數(shù)據(jù)

2、驅(qū)動(dòng)控制方法，無(wú)模型自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制(Model-free adaptivepredictive control，MFAPC)給網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的研究提供了新的思路，該方法僅利用被控對(duì)象的在線或離線I/O數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)控制器，不依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，避免了對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)建模的難題。因此，針對(duì)具有網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，提出了基于MFAPC的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的控制方法并在實(shí)物上進(jìn)行了驗(yàn)證和應(yīng)用，具有重要的理論和實(shí)際意義。本文的主要工作如下:

3、
　　1)針對(duì)存在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，在基于數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測(cè)控制(data-based networked predictive control，DBNPC)方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)將輸出誤差變化率信息添加到原控制律中，提出了一種改進(jìn)的DBNPC(improved DBNPC，iDBNPC)方法。
　　2)針對(duì)無(wú)模型自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制的不足，提出了改進(jìn)的無(wú)模型自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制(improved MFAPC，iMFAPC)。為

4、了提高預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確度，將預(yù)測(cè)模型誤差校正機(jī)制引入到預(yù)測(cè)模型中;另外，通過(guò)修改控制輸入準(zhǔn)則函數(shù)，得到充分利用輸出誤差及誤差變化率信息的控制律。然后，針對(duì)存在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，提出了網(wǎng)絡(luò)化的iMFAPC控制方法。
　　3)在MATLAB/Simulink環(huán)境下，使用TrueTime工具箱搭建了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)，對(duì)所提控制方法進(jìn)行了仿真分析。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相比于原方法，iDBNPC方法和iMFAPC方法均能提升系統(tǒng)

5、的收斂速度;iDBNPC方法和網(wǎng)絡(luò)化的iMFAPC方法均對(duì)一定范圍的內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包具有良好的補(bǔ)償效果，但是網(wǎng)絡(luò)化的iMFAPC方法比iDBNPC方法的收斂速度快。
　　4)為了進(jìn)一步驗(yàn)證所提方法的有效性，搭建了實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)化的液位控制系統(tǒng)，對(duì)所提控制方法進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，iDBNPC方法和網(wǎng)絡(luò)化的iMFAPC方法均能夠很好地補(bǔ)償一定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包，但是網(wǎng)絡(luò)化的iMFAPC方法與iDBNPC方法相比具有較快的收斂