網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)非線性系統(tǒng)的研究.pdf

1、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是采用串行通訊網(wǎng)絡(luò)作為控制器、傳感器和執(zhí)行器間信息的交換通道，這種通過控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)閉環(huán)控制回路的反饋控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS(NetworkedControlSystem)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)連線少、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活、易于系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)以及能夠?qū)崿F(xiàn)信息資源共享等優(yōu)點。對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS，由于信息傳輸延遲的存在，將使系統(tǒng)的性能大打折扣，有時引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至失控，在設(shè)計閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制器時，必須考慮

2、信息的傳輸延遲，由于傳輸延遲有其特殊性——隨機(jī)時變性，使得閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與綜合變得異常復(fù)雜，成為一個重要且亟待解決的問題。 本文對控制網(wǎng)絡(luò)的延時的組成及性質(zhì)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)之上，以倒立擺為例對網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)非線性系統(tǒng)進(jìn)行了研究。倒立擺系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定系統(tǒng)。在控制工程中，它能有效地反映諸如可鎮(zhèn)定性、魯棒性、隨動性以及跟蹤等許多控制中的關(guān)鍵問題，是檢驗各種控制理論的理想模型。 本論文主要涉及以下幾

3、方面的內(nèi)容：首先本文對網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)非線性系統(tǒng)的時延進(jìn)行了分析，給出了網(wǎng)絡(luò)時延的一般處理方法。 其次，本文根據(jù)倒立擺系統(tǒng)動能與勢能的表達(dá)式，并結(jié)合系統(tǒng)的拉格朗日方程，建立了倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在分析倒立擺系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)下，首先采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對二級倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行控制，從SIMLINK的仿真結(jié)果中可以看出，當(dāng)時延增大時該方法無法對倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定控制。 本文為了更好的解決非線性網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)控制系統(tǒng)中的時延問題，提出了一種新的控制

4、方法——模糊-GPC串級控制，該方法是在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的基礎(chǔ)上結(jié)合廣義預(yù)測控制(GPC)處理非線性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時延的方法，建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制模型，并分析了此模型對處理非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中時延問題的有效性。在MATLAB環(huán)境下對網(wǎng)絡(luò)控制倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，通過對比模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的控制效果，進(jìn)一步證實了此方法對非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定控制。 最后，本文結(jié)合CAN總線的特性，給出了網(wǎng)絡(luò)控制倒立擺系統(tǒng)的實驗設(shè)計方案。