[发明专利]用于通讯受限网络的控制方法及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其是涉及一种用于通讯受限网络的控制方法及控制系统。

背景技术

随着计算机技术和通信技术的飞速发展，二十世纪八十年代末，计算机网络逐渐进入自动控制的领域。控制网络、智能传感器、执行器和驱动设备等技术的发展，导致了网络控制系统(Networked Control System，简称NCS)产生并引起了广泛的关注。这类系统的传感器、控制器和执行器之间都是通过控制网络进行连接从而形成闭环的反馈系统。NCS是计算机、通信技术与控制技术发展和融合的产物，它可以应用于任何带有控制器，需要进行数据交换的分布式场合。体现了控制系统向集成化、分布化、节点智能化的发展趋势。NCS是当前控制系统发展的新阶段，与传统的点对点连接的控制系统相比，具有成本低、效率高、易于扩展、便于维护、高可靠性、实现信息资源共享等诸多优点，有效的避免了传统控制系统中存在的一些缺点。这些因素推动了NCS在工业自动化、设备制造、过程控制、智能交通、机器人和航空航天等控制领域的广泛应用。

尽管网络控制系统相比传统的控制系统有许多优点，但是由于网络的介入，网络控制系统节点之间进行的数据交换都需要通过网络进行传输，然而网络并不是一种可靠的通信介质。网络的带宽总是有限的，信息的传送需要分时占用网络通信线路，这将必然造成信息的阻塞、排队等待和重传等现象发生，不可避免的造成了网络传输时延、数据丢包、多包传输、抖动以及时序错乱等问题。这些网络因素都可能影响到NCS的稳定性和控制律的控制效果。

目前大多数有关网络控制系统的设计过程中，仅考虑了部分网络因素，对与控制网络存在丢包、随机时延、概率传感器故障等网络环境均假设为理想状态，使得这些控制系统对于在通讯受限网络不能进行很好的实时控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以在通讯受限网络中对被控对象进行有效实时控制的控制方法以及应用该方法的控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于通讯受限网络的控制方法，包括以下步骤：

1)控制器根据系统的初始状态输出初始控制信号，经由控制网络发送至执行器，并通过执行器控制被控对象；

2)传感器对被控对象的状态信号进行周期采样，并通过控制网络输入控制器；

3)控制器将输入的状态信号通过控制增益矩阵进行处理，输出控制信号至执行器；

4)执行器根据接收到的控制信号对被控对象进行控制，然后执行步骤2)实现系统的闭环控制。

所述的控制增益矩阵根据控制网络的状态参数和被控对象的模型参数通过求解相应的线性矩阵不等式得到。

所述的控制网络的状态参数包括最大丢包上界、时延上界和传感器的故障率。

一种应用上述控制方法的控制系统，包括控制器、执行器、传感器和被控对象，所述的被控对象分别连接执行器和传感器，所述的控制器通过控制网络分别连接执行器和传感器，形成闭环系统。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)控制结构简单，只需要根据被控对象的系统矩阵和网络状况参数以及传感器的故障率，通过求解给定的线性矩阵不等式，即可得到相应控制器的控制增益矩阵。

2)控制策略易于实现，该控制器只需要提供被控对象通过传感器采样获得的状态信号即可实现控制，不需要被控对象的其他参数。

3)控制网络模型更加符合现实状况，在传统的控制系统中，一般不考虑控制网络的影响，即假设为理想环境下的网络，不存在时延，丢包等行为，而本发明考虑了对控制网络存在的数据丢包、随机时延和传感器的故障率等因素，更加符合现实情况。

附图说明

图1为本发明的控制方法的流程图；

图2为本发明的控制系统的结构示意图；

图3为本发明的系统状态仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明主要在于控制器的设计，对于某一被控对象，假设该被控对象模型描述如下：