球杆网络化控制系统的延时分析与控制方法研究

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网络化控制系统是一种全分布式、网络化的闭环反馈控制系统。它的控制器与被控对象在地域上相隔较远的距离,数据通信是通过网络进行的。由于网络传输过程中,常常出现数据碰撞、多路径传输、连接中断、网络拥塞等现象,不可避免会出现信息交换时间延迟。因此,网络化控制系统的设计应当充分考虑网络延时对系统性能的影响。论文分析节点间数据传输过程的网络诱导延时,分别对网络化控制系统进行了不同节点驱动方式下的状态空间方程描述。对于系统控制而言,最关心的是获得网络诱导延时值的大小,作者提出了一种不依赖时钟同步的测量方法,它将斜坡函数作为时间信号从控制器端发送,经由网络传输后返回,返回信号与原信号比较,获得表示网络传输环路延时的差值。为了研究网络化球杆系统的控制策略,结合球杆系统的双闭环控制结构,分别对其内环对象和外环对象进行了机理建模。在此基础上讨论球杆系统通信量的数据特征,并分析其网络化控制的时延特征。由于其时延是时变的,且有一定的保持特性。本文将时变时延分成定值时变部分和随机变化部分,分别讨论了其对球杆控制系统小球位置响应的影响。设计了球杆系统内环模糊控制器和外环延时补偿控制器。外环时延补偿控制器,可以适应动态时延,并且对建模误差可以自动修正。在固高球杆实验装置上,设计了基于Matlab/Simulink的球杆网络化控制的应用程序,运用上述控制策略,获得了良好的控制效果。
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