网络控制系统容错控制与通信调度研究

admin · 发表于 2023-10-9 15:55:26

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随着计算机技术、网络通信技术和控制科学的日益发展与交叉渗透，网络控制系统应运而生并得到广泛应用。网络控制系统的性能不仅依赖于控制算法的设计，还取决于调度策略的设计。本论文的研究重点是容错控制算法和通信调度策略的综合设计。论文以工程机械中常见的双缸顶推系统为被控对象，提出了动态矩阵控制算法和带宽调度策略，并做了Matlab/Simulink仿真研究，验证了控制算法和调度策略的有效性。首先，本文对网络控制系统中时延特性、数据特征、节点的驱动方式、网络性能指标以及控制与调度协同设计方法等基本题目进行分析，并以此为依据提出网络控制系统（NCS）控制与调度综合设计思想，其特点是考虑多任务多回路NCS，以网络服务质量（QoS）指标为结合点，强调控制算法和调度策略的综合分析与分离设计，为后续的方案设计提供了理论基础。接下来，通过对双缸顶推控制系统中的控制任务和传输任务的分析，设计带宽调度策略，针对网络控制系统中存在的紧急任务、周期任务和非实时任务，根据不同任务的优先级划分时间窗口进行传输，确定周期任务的采样周期，紧急任务的截止期要求，各节点的初始发送时刻，把有限的网络带宽合理分配给各节点的传输任务，通过Matlab/Simulink仿真验证表明，上述带宽调度策略减少了时延抖动，降低了数据包丢失率，提高了网络资源利用率。最后，针对传感器与控制器、控制器与执行器之间均存在网络的情况，分别对回路时延和数据包丢失的影响进行分析，利用动态矩阵控制理论对时延信号的未来序列进行预测，并利用预测值和滚动优化来补偿传输中的延迟和丢包，通过Matlab/Simulink仿真验证表明，在时延和数据包丢失率一定的情况下，本文设计的动态矩阵控制算法，具有很好的控制效果。本论文提出了网络控制系统综合设计方法，具有时延和数据包丢失补偿的动态矩阵控制算法，以及带宽调度策略，论文的结尾对主要研究工作进行了总结，并对今后的研究进行了展望。

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