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网络分数阶控制系统分析及其协同设计研究

作　者: 张翕
导　师: 吴斌
学　校: 北京交通大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 网络控制系统 分级混合调度 分数阶控制器 协同设计
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


网络控制系统(NCS)是控制理论、计算机技术和网络通信技术相结合的产物,是自动化技术发展的未来趋势,具有广泛的应用前景。它通过通信网络实现将空间分布的传感器、控制器和执行器间的信息交互,进而对被控对象进行控制的反馈系统。网络的引入使得调度成为影响系统性能的一个直接因素,而分数阶控制能全面反映系统的信息,可用于解决网络控制系统中的时延问题。本文以网络控制控制系统为研究对象,实现分级调度和分数阶控制的协同设计。首先,本文对网络控制系统有关背景及特点进行介绍,概括了网络控制、调度及协同设计的研究现状。针对目前研究中存在的调度算法发展滞后的问题,提出了适用于多控制回路系统的分级混合调度策略,并利用TrueTime工具箱进行了多组仿真对比,证明了该调度策略的有效性及优越性。其次,将分数阶系统引入到网络控制系统中。现有对网络控制系统的研究通常依赖于建立复杂的网络系统模型,过于细化网络因素、外部扰动对系统性能的影响,使控制算法的研究缺乏通用性。本文引入了鲁棒性较强的分数阶控制系统,在考虑网络时延的情况下分析其稳定性及参数整定问题。仿真得出分数阶控制器中各参数对系统性能影响,基于系统频域指标及代价函数,实现对控制器参数的选择,取得最优控制效果。然后,针对网络控制系统中的时延和网络资源限制问题,给出了由控制信号、输出误差和上升时间组成的网络控制系统的综合目标函数,进行控制与调度的协同设计,实现对子回路采样周期、带宽分配及控制参数的实时调整。仿真结果表明,在所设计的控制和调度协同策略下,网络控制系统具有较好性能。最后,对本文所开展的工作进行了总结,并指出了需要进一步探讨的内容。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-19
  1.1 网络控制系统概述  11-13
    1.1.1 网络控制系统的产生及特点  11
    1.1.2 网络控制系统存在的基本问题  11-13
  1.2 网络控制系统研究现状  13-17
    1.2.1 控制算法研究现状  13-14
    1.2.2 调度算法研究现状  14-15
    1.2.3 协同设计研究现状  15-17
  1.3 目前研究存在问题  17
  1.4 本文主要研究内容  17-19
2 网络控制系统调度算法及仿真研究  19-39
  2.1 网络调度问题中基本概念  19-20
  2.2 典型调度算法  20-22
    2.2.1 RM调度算法  20-21
    2.2.2 EDF调度算法  21-22
  2.3 分级混合调度策略  22-24
    2.3.1 分级混合调度策略结构  22-23
    2.3.2 分级混合调度策略可调度性分析  23-24
  2.4 仿真研究  24-38
    2.4.1 TrueTime工具箱  24-26
    2.4.2 仿真实例  26-31
    2.4.3 仿真分析及验证  31-38
  2.5 本章小结  38-39
3 网络环境下分数阶控制器设计  39-59
  3.1 分数阶控制系统  39-41
    3.1.1 分数阶数学描述  39-40
    3.1.2 分数阶PI~λD~μ控制器  40-41
  3.2 网络分数阶控制系统  41-44
    3.2.1 网络分数阶控制器系统建模  41-42
    3.2.2 分数阶PI~λD~μ控制器下系统的稳定性  42-44
  3.3 分数阶控制器参数对系统性能的影响  44-52
    3.3.1 微、积分阶次对控制系统的影响  46-49
    3.3.2 控制参数对控制系统的影响  49-52
  3.4 分数阶控制器参数整定  52-57
    3.4.1 频域求解  52-54
    3.4.2 优化整定  54-55
    3.4.3 仿真研究  55-57
  3.5 本章小结  57-59
4 分数阶NCS控制与调度协同设计  59-67
  4.1 带宽分级动态控制  59-61
    4.1.1 调度结构控制器  59-60
    4.1.2 控制目标函数的确定  60-61
  4.2 协同设计参数整定  61-63
    4.2.1 优先级带宽分配  62
    4.2.2 采样周期调整  62-63
    4.2.3 分数阶控制器参数调整  63
  4.3 仿真研究  63-65
    4.3.1 系统仿真模型参数  63-64
    4.3.2 仿真结果及分析  64-65
  4.4 本章小结  65-67
5 结论  67-69
参考文献  69-73
作者简历  73-77
学位论文数据集  77

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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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