[发明专利]网络串级控制系统前向通路未知网络时延的补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络串级控制系统前向通路未知网络时延的补偿方法，属于网络控制系统技术领域.

背景技术

网络控制系统(Networked control systems，NCS)是指控制系统的各部件(变送器、控制器和执行器等)通过通信网络，连接构成的实时闭环控制系统.与以往点到点的控制系统相比，网络控制系统具有资源共享，易于安装维护，低开销等优点.然而，由于网络带宽资源有限，网络中不可避免的存在着网络资源竞争和网络拥塞等问题，从而导致数据包丢失或传输时延等问题.

在实际工业过程控制中，串级控制系统是除了单回路反馈控制之外应用最广泛的重要控制结构.串级控制系统属于复杂控制系统，由于串级控制系统改善调节过程极为有效，具有很好的控制性能，因而在实际工业生产过程控制和机器人控制等领域中获得了广泛的应用.随着集散控制系统和现场总线的广泛应用，在串级控制系统中越来越多地通过专用网络或现场总线来传输实时控制信息.串级控制系统中控制回路是通过实时网络闭合的控制系统，称之为网络串级控制系统(NCCS)，适用于本发明的网络串级控制系统的典型结构框图如图1所示.

网络串级控制系统是一类特殊的网络控制系统，它充分结合了网络控制系统和串级控制系统的优点，不仅可以大大降低系统成本、提高系统诊断维护水平，还可以快速克服内部扰动，提高系统工作频率.因此，很有必要对网络控制系统中的串级控制系统进行深入的研究.

由于网络化串级控制系统是一个多闭环回路的网络控制系统，对网络时延影响的分析与系统性能的研究远比单回路网络控制系统要复杂得多.但由于在内外闭环控制回路中引入了网络，不可避免地将产生网络时延和数据包丢失.时延和数据丢包将降低控制系统的性能，甚至导致系统不稳定.当网络时延大于数个乃至数十个采样周期时，国内外至今尚无较好的控制策略或补偿方法来满足控制质量要求.

针对网络仅存在于主变送(控制)器节点与副变送(控制)器节点之间(外前向网络)，以及副变送(控制)器节点与执行器节点之间(内前向网络)的如图2所示的网络串级控制系统，其输入R(s)与输出Y₁(s)之间的闭环传递函为

Y1(s)R(s)=C1(s)e-τ1sC2(s)e-τ2sG2(s)G1(s)1+C1(s)e-τ1sC2(s)e-τ2sG2(s)G1(s)+C2(s)e-τ2sG2(s)---(1)]]>