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GPC算法在带时延的网络控制系统中控制性能补偿研究

作　者: 李少芳
导　师: 尹勇
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 网络控制系统预测控制队列选择机制阶梯式控制数控机床
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 57次
引　用: 1次
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内容摘要

网络控制系统给人们的日常生活带来了巨大的便捷和高效的同时,也给控制领域带来了前所未有的机遇和挑战。控制技术与网络信息的结合,使得控制系统已经在一定的范围内突破了在地域上的限制,这使控制领域发生了巨大的变化和转型。然而由于网络速率以及网络带宽的限制,不可避免的带来了网络时延,该时延无法消除,且随着网络负担的加重,甚至会出现丢包现象,导致控制系统不能实时的控制,从而使系统性能下降甚至造成不稳定。因此,在网络化控制系统中,如果要提高系统的控制性能,网络时延是首要考虑的问题。在国家自然科学基金重点项目的资助下,通过对国内外网络数字控制理论中关键技术研究的现状比较分析,本文从网络时延补偿方面进行了相关研究。在理论研究方面,本文首先对要实验的因特网内不同时段的网络时延进行了测试,通过仿真比较和分析了不同时延时网络控制系统性能指标。接着,通过对不同时延补偿算法的学习和探讨,本文在GPC算法基础上引入了阶梯式策略和队列选择机制。阶梯式策略是通过引入阶梯式因子,将GPC算法运算过程中高维的矩阵运算降低,减小算法的运算复杂度；而队列选择机制将接收到的数据包按照时间新旧进行排序,当当前接收的数据包时间片最新时,将采用当前的数据包参与运算,当接收到的数据包不是最新时,那么在队列中选择时间片最新的数据包,此机制有效的解决了数据传输过程中时延过大或者丢包、错包等问题。最后,本文以采用matlab和Truetime工具箱建立了该机床的进给传动系统网络控制模型,并在不同时延的情况下,分别采用本文改进的GPC算法和文献[23]中的GPC算法进行仿真,对比结果表明,改进GPC算法能有效的提高系统的稳定性,特别在时延相对较大的情况下,更能显示它的优越性,从理论上验证了算法的有效性和可行性。在实验测试方面,本文详细介绍了改进GPC算法的代码实现流程,并采用Microsoft Visual Basic 6.0软件建立了数控机床网络控制系统平台。但是由于数据采集环节、速度控制环及算法调试的有待完善,此部分还有待进一步的研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 论文研究的背景和意义  9-10
  1.2 网络控制系统的特点以及存在的基本问题  10-12
    1.2.1 网络控制系统概述  10-11
    1.2.2 网络控制系统特点  11
    1.2.3 网络控制系统中存在的基本问题  11-12
  1.3 课题来源及本文的主要工作  12-14
    1.3.1 课题来源  12-13
    1.3.2 课题的主要工作和安排  13-14
第2章网络控制系统中时延分析  14-21
  2.1 网络控制系统时延组成  14-15
  2.2 网络传输时延的计算  15-16
  2.3 时延对控制系统的影响  16-20
    2.3.1 时延测试  16-17
    2.3.2 时延对控制系统影响分析  17-20
  2.4 本章小节  20-21
第3章基于预测控制算法的网络控制系统时延补偿  21-41
  3.1 网络时延常用的补偿策略  21-22
  3.2 广义预测控制(GPC)算法简介及优缺点  22-23
  3.3 改进的广义预测控制算法  23-31
    3.3.1 预测模型  23-25
    3.3.2 基于阶梯式策略的滚动优化  25-28
    3.3.3 缓冲器队列选择机制  28-31
  3.4 基于改进GPC算法的机床刀具位置控制系统的算例  31-39
    3.4.1 机床刀具位置控制系统的建模  32-34
    3.4.2 机床刀具位置控制系统仿真  34-36
    3.4.3 仿真结果比较  36-39
  3.5 本章小结  39-41
第4章改进GPC算法在网络控制系统中代码实现  41-50
  4.1 改进GPC算法在网络控制系统中的实现流程  41-44
    4.1.1 阶梯式计算策略实现流程  41-43
    4.1.2 队列选择机制在系统中的实现  43-44
  4.2 基于数控机床网络控制系统平台建立  44-49
    4.2.1 平台结构  44-45
    4.2.2 客户端系统组成模块  45-47
    4.2.3 服务端系统组成模块  47-48
    4.2.4 数控机床网络控制系统测试  48-49
  4.3 本章小结  49-50
第5章总结与展望  50-52
  5.1 工作总结  50-51
  5.2 展望  51-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
攻读硕士期间发表的学术论文  56-57
附录  57-59

GPC算法在带时延的网络控制系统中控制性能补偿研究

内容摘要

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