[发明专利]一种网络串级控制系统随机性网络时延的补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络串级控制系统随机性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

基于实时通信网络构成的闭环反馈控制系统称为网络控制系统(Networked control systems，NCS).网络控制系统充分体现了控制系统向网络化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展，实现了网络资源共享，并增加了系统的柔性和可靠性.但是，由于网络带宽有限，信息的传送不可避免地会产生网络时延，时延的存在使得系统性能变差，严重时甚至影响到系统的稳定性同时，由于网络时延的随机性和不确定性，使得网络控制系统的分析和设计变得非常地困难.

目前，国内外关于网络控制系统的研究主要是针对单回路的控制系统，分别在网络时延恒定、时变或随机，网络时延小于一个采样周期或大于一个采样周期，单包传输或多包传输，有无数据包丢失等各种条件下，对其进行建模与稳定性分析，但鲜有论文对网络串级控制系统进行研究.控制回路通过实时网络闭合的串级控制系统称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.

由于网络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的网络控制系统要复杂得多.内回路网络时延将严重影响内回路网络控制系统的快速性和抗干扰能力，同时也将与外回路网络时延一起对整个网络串级控制系统的稳定性和控制品质产生负面影响.

对于网络时延研究的难点在于：

(1)由于网络时延与网络拓扑结构、通信协议、网络负载、网络带宽和数据包大小等因素有关.对大于数个乃至数十个采样周期的网络时延，要建立准确的预测、估计或辨识的数学模型，目前几乎是不可能的.

(2)发生在前一个节点向后一个节点传输网络数据过程中的网络时延，在前一个节点中无论采用何种预测或估计方法，都不可能事先提前知道其后产生的网络时延的准确值.时延导致系统性能下降甚至造成系统不稳定，同时也给控制系统的分析与设计带来困难.

(3)要满足网络串级控制系统中，不同分布地点的所有节点时钟信号完全同步是不现实的.

针对网络同时存在于所有前向与反馈通路中的网络串级控制系统如图2所示，其输入R(s)与输出Y₁(s)之间的闭环传递函为