网络控制系统时延分析、控制器设计和仿真研究

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1、华北电力大学‘北京)硕士学位论文Y’·60856?摘要本文对通过TCP/IP协议通信的网络控制系统进行了分析和研究。首先，对网络延进行了测试和分析，给出了对时延进行在线计算和预测的方法;其次，对网络时不超过一个采样周期的网络控制系统进行了研究，考虑时延建立了网络控制系统模，基于该模型设计了PI-LQ最优控制器，并给出了时延为不确定时的控制策略;接，对网络时延超过一个采样周期的网络控制系统进行了研究，设计了动态PI-Fuzzy制器，用遗传算法得到不同网络时延下的最佳参数库，在网络时延发生变化时利用佳参数库动态调整控制器参数，使系统稳定并达到一定的性能指标要求;最后设计发了运行在MATLAB/Si

2、mulink环境下，基于TCP/IP协议通信的网络控制系统仿真境。键词:网络控制系统，TCP/IP协议，遗传算法，模糊逻辑，控制系统仿真AbstractThenetworkedcontrolsystems(NCS)communicatingwithTCP/IPprotocolissys-naticallyanalyzedandstudiedinthispaper.Firstly,networktime-delayismeasureddanalyzed.Amethodofon-linecomputingandpredictingtime-delayisproposed.Fondly,thenet

3、workedcontrolsystemswhosenetworktime-delayarelessthanonesam-:periodisanalyzed.Consideringnetworktime-delay,theNCSmodelisobtained.The-LQoptimalcontrollerisgivenbasedontheNCSmodeland七hecontrolstrategyispro-sedwhentime-delayisuncertain.Then,thenetworkedcontrolsystemswhosenetworkae-delayislargerthanones

4、ampleperiodareanalyzed.Thedynamicfuzzycontrollerissignedandtheoptimalparameterlibrarycorrespondingtodiferentnetworktime-delayobtainedbygeneticalgorithm.Whilenetworktime-delayischanging,thecontrollerrameterscanbetuneddynamicallywiththeaidoftheoptimalparameterlibrary.It:ensurethestabilityandtheperform

5、anceofthesystems.Finally,thesimulationpro,imofnetworkedcontrolsystemscommunicatingwithTCP/IPprotocolisdevelopeduchcanruninMATLAB/SimulinkEYWORDS:Networkedcontrolsystems,TCP/IPprotocol,Geneticalgo-hms,Fuzzylogic,Controlsystemsimulation华北电力大学(北京)硕士学位论文第一章绪论1.1网络控制系统的研究背景与意义随着电子、计算机和网络通信技术的发展以及控制和管理要求的

6、不断提高，使得控制系统正由封闭的集中体系加速向开放分布式体系发展。从控制系统的出现就产生了控制信息交流和共享的问题。由于技术上的限制，控制系统早期采取一种封闭结构，这同计算机技术发展早期相似;而且控制系统网络化发展(如图1-1)也跟计算机网络的发展进程有某种相似的对应关系。集中式主从式分布式图1-1控制系统的发展进程在计算机控制系统的发展过程中，每一种结构的控制系统的出现总是滞后于相应计算机技术的发展川。实际上，大多数情况下，正是在计算机领域一种新技术出现以后，人们才开始研究如何将这种新技术应用于控制领域。进入21世纪，自动化与工业控制技术需要更深层次的渗透通信与网络技术。一方面，现代工厂与智

7、能设备传感器、控制器、执行器分布在不同的空间，其间的通信需要数据通讯网络来实现，这是网络环境下典型的控制系统[2l(如图1-2)。另一方面，通信网络的管理与控制也要求更多的采用控制理论与策略。集中式控制系统和集散式控制系统都有一些共同的缺点，即随着现场设备的增加，系统布线十分复杂，成本大大提高，抗千扰性较差、灵活性不够、扩展不方便等。为了从根本上解决这些问题，必须采用分布式控制系统来取代独立控制系