網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),NCS控制器設(shè)計(jì)方法，NCS的可靠性與安全性，NCS整體性能的優(yōu)化和提高
雖然對網(wǎng)絡(luò)時延系統(tǒng)的分析與建模的研究不斷 發(fā)展, 由于在NCS 中的分布式時間延遲, 使得現(xiàn) 有的方法不能直接應(yīng)用于NCS。解決網(wǎng)絡(luò)延時問題 有兩種途徑: 一是在不考慮延時的情況下設(shè)計(jì)控制 器, 應(yīng)用調(diào)度算法設(shè)法保證信息的實(shí)時性, 確保系 統(tǒng)的穩(wěn)定和性能這時網(wǎng)絡(luò)調(diào)度問題; 二是在考慮網(wǎng) 絡(luò)延時的影響, 設(shè)計(jì)控制算法, 使其在延時存在甚 至不確定的情況下能正常工作, 并保證一定的性能 指標(biāo), 即這里討論的控制器設(shè)計(jì)問題。
NCS 控制器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于:
�、偃绾螠p少時延及其不確定性和設(shè)計(jì)延時預(yù)報算法；
�、趯Ψ植际綍r延的有效補(bǔ)償問題;
③對被控對象存在不確定性或非線性時, 如何 處理。
�、軐τ贛IMO 系統(tǒng), 如何對傳輸時延建模和設(shè) 計(jì)控制器。
目前, 針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法主要有:
�、俅_定性控制設(shè)計(jì)方法 應(yīng)用確定性設(shè)計(jì)方法應(yīng)首先將隨機(jī)時變延遲轉(zhuǎn) 化為固定延遲, 然后針對轉(zhuǎn)化后的固定延遲設(shè)計(jì)控 制器。
Rogelio 針對模型(時間驅(qū)動) 提出了基于觀 測器的分布延遲補(bǔ)償器。在該補(bǔ)償器算法中, 首 先在控制器和執(zhí)行器接收端設(shè)置接收緩沖區(qū), 將時 變的傳輸延遲轉(zhuǎn)化為固定的傳輸延遲。其優(yōu)點(diǎn)是可 用已有的確定性系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析方法對閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控 制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析, 不受延遲特性變化的影 響; 其缺點(diǎn)是將所有延遲都轉(zhuǎn)化為最大延遲, 人為 地將傳輸延遲擴(kuò)大化, 因此降低了系統(tǒng)應(yīng)有的控制 性能。 中已經(jīng)證明, 對于具有隨機(jī)傳 輸延遲的閉環(huán)控制系統(tǒng), 若按最大傳輸延遲來設(shè)計(jì) 控制器, 則所得閉環(huán)控制系統(tǒng)不一定穩(wěn)定。
�、陔S機(jī)控制設(shè)計(jì)方法 應(yīng)用隨機(jī)控制的方法關(guān)鍵在于對網(wǎng)絡(luò)延時的合 理建模和估計(jì), 將網(wǎng)絡(luò)延時作為系統(tǒng)中的隨機(jī)變量 或隨機(jī)過程, 設(shè)計(jì)隨機(jī)最優(yōu)控制律。 Ray 對隨機(jī)時變分布延遲下的輸出反饋時延網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行研究, 基于最小方差濾波器和動態(tài)規(guī)劃 原理, 得到了具有隨機(jī)延遲補(bǔ)償?shù)腖QR 控制器 (DCLQR) , 但不滿足確定性等價原理 。
于之訓(xùn)對控制器是事件驅(qū)動的, 在τsc k 第k 步 傳感器到控制器之間的延遲未知的情況下, 基于動 態(tài)規(guī)劃和最優(yōu)控制理論, 得出了使系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn) 定的控制律。
Nilsson 利用模型(3) , 即傳感器采用時間驅(qū) 動, 控制器和執(zhí)行器采用事件驅(qū)動的工作方式。假 設(shè)時延的概率分布已知, 且不超過一個采樣周期, 并利用Marcov 鏈對時延的概率分布進(jìn)行了建模, 給出了閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的LQG 隨機(jī)最優(yōu)控制律, 該 控制律滿足確定性等價原理。Wei Zhen 針對網(wǎng)絡(luò)時延分布未知的情況, 改進(jìn)了Nilsson 的LQG 控制律, 提出時延在線估計(jì)方法 ———平均時延窗口(ADW, Average Delays Window) 方法。該方法無需網(wǎng)絡(luò)時鐘同步和延時補(bǔ)償, 即可 獲得延時信息。并在10 kbitPs 的CAN 總線上進(jìn)行 了實(shí)驗(yàn)研究。
