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一类具有长时延网络的预测控制方法研究

作　者: 李军杰
导　师: 高宪文
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 网络控制系统 长时延 时延补偿 广义预测控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


浅海油气田地处浅海滩涂,环境恶劣,油气井的操作控制需要技术人员现场操作,安全性低,实时性差。针对这些问题,建设油田自动化系统,以实现油田自动化生产。针对建设油田自动化系统现场布线困难的问题,引入基于无线网络的网络控制系统(NCS),其具有无需布线、结构灵活、易于系统扩展和维护以及能够实现信息资源共享等特点。由于无线网络控制系统的引入,带来了随机的长时延,对控制系统控制性能造成影响。针对存在随机的长时延这一问题,本文主要对其进行网络时延分析、时延补偿控制器设计等两个方面的研究。首先,分析网络诱导时延的组成及网络诱导时延对控制系统的控制性能的影响,并通过仿真实例分析了网络诱导时延对控制性能的影响。其次,在时延分析的基础上,对时延补偿控制器进行了研究,主要包括对快速隐式广义预测控制算法(GPC)及在快速隐式GPC基础上的时延补偿算法的研究。针对求取广义预测控制规律时需要解Diophantine方程和计算逆矩阵,采用隐式广义预测控制,避免求解Diophantine方程,并提出了通过柔化增量法以计算当前时刻的控制量,利用当前控制量作为已知量求出下一时刻控制量的快速广义预测控制算法,避免了计算逆矩阵,并通过仿真实例验证算法的有效性。然后,在快速隐式广义预测控制算法的基础上,根据执行器与传感器的位置不同,给出了相应的时延补偿算法。针对执行器与传感器为同一设备端,给出了基于时间戳GPC的时延补偿算法,并通过实例验证算法的有效性。针对执行器与传感器不在同一设备端,提出新型时延补偿算法,在控制器以时钟驱动的情况下,通过在控制器前向输出端、反馈输入端及执行器的输入端,分别建立缓冲区,实现对网络诱导时延的补偿,且避免了控制数据的回传,并通过仿真实例验证算法的有效性。最后,在以上两种时延补偿算法的基础上,给出了基于快速响应GPC的时延补偿算法,实现了对网络诱导时延的补偿,同时减少了系统调节时间且抑制了超调量,并通过仿真验证了算法的有效性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 网络控制系统所面临的问题  11-14
    1.2.1 网络诱导时延  12
    1.2.2 单包传输和多包传输  12-13
    1.2.3 数据包丢失  13
    1.2.4 网络调度  13-14
  1.3 网络控制系统时延补偿研究现状  14-16
    1.3.1 固定时延网络控制系统  14-15
    1.3.2 随机时延网络控制系统  15-16
  1.4 本文的主要内容  16-18
第2章 基于IEEE802.11b协议的无线NCS时延分析  18-28
  2.1 IEEE802.11b协议分析  18-19
  2.2 基于IEEE802.11b协议的无线NCS时延组成  19-24
    2.2.1 理想传输条件  20-21
    2.2.2 竞争条件  21-23
    2.2.3 包顺序错乱和丢包条件  23-24
  2.3 不同驱动方式时NCS的时延特性  24-25
    2.3.1 控制器为事件驱动时NCS的时延特性  24-25
    2.3.2 控制器为时钟驱动时NCS的时延特性  25
  2.4 网络时延对控制系统的影响  25-27
    2.4.1 长时延网络控制系统的稳定性分析  25-27
    2.4.2 仿真实例  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 一种快速隐式广义预测控制算法  28-46
  3.1 广义预测控制的基本原理  28-40
    3.1.1 预测控制的基本理论  28-33
    3.1.2 广义预测控制算法的基本原理  33-40
  3.2 一种快速隐式广义预测控制算法  40-43
    3.2.1 隐式广义预测控制算法  40-41
    3.2.2 快速广义预测控制算法  41-43
  3.3 仿真实例  43-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章 基于快速隐式GPC的NCS时延补偿控制  46-60
  4.1 执行器与传感器同设备端时延补偿  46-51
    4.1.1 基于时戳GPC的时延补偿算法  46-49
    4.1.2 仿真实例  49-51
  4.2 执行器与传感器不同设备端时延补偿  51-56
    4.2.1 基于GPC的新型时延补偿算法  51-54
    4.2.2 仿真实例  54-56
  4.3 基于快速响应GPC的时延补偿  56-58
    4.3.1 基于快速响应GPC的时延补偿算法  56-57
    4.3.2 仿真实例  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第5章 结论与展望  60-62
  5.1 结论  60-61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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