网络控制系统时延分析及复合补偿策略的研究

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1、硕士学位论文网络控制系统的时延分析及复合补偿策略研究StudyonTime-delayAnalysisandCompositeCompensationStrategyofNetworkedControlSystem作者姓名：段锐学科、专业：交通信息工程及控制学号：0212429指导教师：王瑞峰教授完成日期：2015年4月5日兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰

2、州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据兰州交通大学硕士学位论文摘要NC

3、S(NetworkControlSystem,网络控制系统)是指控制回路的传感器、控制器和执行器通过网络构成一个闭环的实时反馈控制系统。系统各节点间的信息传输与交换是通过网络进行的。它是一种复杂的完全分布式控制系统，可实现复杂控制系统的水平与垂直方向的集成及网络资源共享，便于扩展和维护。尽管网络控制系统相对传统控制系统而言有很多优点，但网络通信技术在控制系统中的应用也带来了一系列亟待研究和解决的特殊问题，其中网络诱导时延就是系统中存在的最主要的问题之一，诱导时延可降低系统的控制性能，同时系统的分析与设计也因为时延的存在而变得异常困难。因此，深入研究网络控制系统中的时延

4、问题，并探寻有效策略对时延进行补偿显得尤为重要。本文主要分析了时延对控制系统性能的影响并提出了有效的时延复合补偿策略。首先，介绍了本课题的选题背景及研究意义，整理了近年国内外专家学者对网络控制系统的主要研究思路，并概述了时延补偿的研究现状。其次，介绍了网络控制系统的结构及存在的主要问题，从三个不同角度研究了时延对网络控制系统性能的影响。仿真及结果分析表明，当采样周期一定时，时延占采用周ca期的百分比越大，对控制系统的影响也就越大，且τ在时延中占主导地位。再次，分析了传统Smith预估控制器补偿时延的基本原理，针对其在网络控制系统中应用的不足，提出改进结构的Smith预

5、估控制器，可实现对系统诱导时延和被控对象纯滞后的双重预估补偿，且无需对系统时延进行在线辨识。最后，针对Smith预估控制器过分依赖于被控过程精确数学模型的不足，设计了将具有自学习和参数自整定能力的模糊自适应PID控制器及单神经元PSD(ProportionalSummationDifferential,比例积分微分)控制器与改进结构的Smith预估控制器相结合的复合控制器，以实现对控制系统中时延的有效补偿。建立基于TrueTime工具箱的网络控制系统仿真模型并进行仿真。实验结果表明，在预估模型与被控对象模型完全匹配和不完全匹配两种情况下，本文所设计的两种复合控制器均能

6、取得良好的动、静态性能，可以实现对时延的有效补偿。关键词：网络控制系统；时延；Smith预估控制；单神经元PSD；模糊自适应PID论文类型：应用基础和应用技术研究-I-万方数据网络控制系统的时延分析及复合补偿策略研究AbstractNetworkedcontrolsystem(NCS)isareal-timeclosed-loopfeedbackcontrolsystemwhichactuator,sensorandcontrollerconstitutethroughthenetwork.Alltransmissionandexchangeofinformation

7、betweencomponentsiscarriedoutthroughthenetwork.Itisacomplexdistributedcontrolsystemwhichcanrealizenetworkresourcesharingandintegratethecomplexcontrolsystemofhorizontalorverticaldirection,andisconvenienttoextendandmaintain.Althoughthenetworkedcontrolsystemhasmanyadvantagescompar