[发明专利]二输入二输出网络解耦控制系统随机时延二自由度IMC方法

权利要求书

1.二输入二输出网络解耦控制系统随机时延二自由度IMC方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

对于闭环控制回路1：

(1).当传感器S1节点被周期为h₁的采样信号触发时，将采用方式A进行工作；

(2).当控制解耦器CD1节点被反馈信号y_1b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号y_p12(s)触发时，将采用方式B进行工作；

(3).当执行器A1节点被控制解耦信号u_1p(s)触发时，将采用方式C进行工作；

对于闭环控制回路2：

(4).当传感器S2节点被周期为h₂的采样信号触发时，将采用方式D进行工作；

(5).当控制解耦器CD2节点被反馈信号y_2b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号y_p21(s)触发时，将采用方式E进行工作；

(6).当执行器A2节点被控制解耦信号u_2p(s)触发时，将采用方式F进行工作；

方式A的步骤包括：

A1：传感器S1节点工作于时间驱动方式，其触发信号为周期h₁的采样信号；

A2：传感器S1节点被触发后，对被控对象G₁₁(s)输出信号y₁₁(s)和被控对象交叉通道传递函数G₁₂(s)的输出信号y₁₂(s)，以及执行器A1节点的输出信号y_11mb(s)和y_12mb(s)进行采样，并计算出闭环控制回路1的系统输出信号y₁(s)和反馈信号y_1b(s)，且y₁(s)＝y₁₁(s)+y₁₂(s)和y_1b(s)＝y₁(s)-y_11mb(s)-y_12mb(s)；

A3：传感器S1节点将反馈信号y_1b(s)，通过闭环控制回路1的反馈网络通路向控制解耦器CD1节点传输，反馈信号y_1b(s)将经历网络传输时延τ₂后，才能到达控制解耦器CD1节点；

方式B的步骤包括：

B1：控制解耦器CD1节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y_1b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号y_p12(s)所触发；

B2：将反馈信号y_1b(s)与被控对象交叉通道传递函数预估模型G_12m(s)的输出值y_12ma(s)和被控对象预估模型G_11m(s)的输出值y_11ma(s)相加得到信号y_1c(s)，即y_1c(s)＝y_1b(s)+y_12ma(s)+y_11ma(s)；将y_1c(s)作用于反馈滤波器F₁(s)得到其输出信号y_F1(s)；

B3：将闭环控制回路1给定信号x₁(s)，减去反馈滤波器F₁(s)的输出信号y_F1(s)，得到偏差信号e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_F1(s)；对e₁(s)实施内模控制算法C_1IMC(s)，得到IMC信号u₁(s)；

B4：将IMC信号u₁(s)作用于交叉解耦通道传递函数P₂₁(s)得到其输出信号y_p21(s)；将y_p21(s)通过网络通路单元向控制解耦器CD2节点传输，y_p21(s)将经历网络传输时延τ₂₁后，才能到达控制解耦器CD2节点；

B5：将来自于控制解耦器CD2节点，通过交叉解耦通道传递函数P₁₂(s)和网络通路单元传输过来的信号y_p12(s)作用于传递函数1/P₁₂(s)单元得到其输出信号u_2m(s)；将u_2m(s)与y_p21(s)相加得到信号u_2pm(s)；将u_2pm(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_12m(s)得到其输出值y_12ma(s)；

B6：将解耦信号y_p12(s)作用于被控对象预估模型G_11m(s)得到其输出值y_11ma(s)；将解耦信号y_p12(s)与IMC信号u₁(s)相加，得到控制解耦信号u_1p(s)，即u_1p(s)＝y_p12(s)+u₁(s)；

B7：将控制解耦信号u_1p(s)通过闭环控制回路1的前向网络通路单元向执行器A1节点传输，u_1p(s)将经历网络传输时延τ₁后，才能到达执行器A1节点；

方式C的步骤包括：

C1：执行器A1节点工作于事件驱动方式，被控制解耦信号u_1p(s)所触发；

C2：将控制解耦信号u_1p(s)作用于被控对象预估模型G_11m(s)得到其输出值y_11mb(s)；将来自于闭环控制回路2的前向网络通路单元的控制解耦信号u_2p(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_12m(s)得到其输出值y_12mb(s)；

C3：将控制解耦信号u_1p(s)作用于被控对象G₁₁(s)得到其输出值y₁₁(s)；将控制解耦信号u_1p(s)作用于被控对象交叉通道传递函数G₂₁(s)得到其输出值y₂₁(s)；从而实现对被控对象G₁₁(s)和G₂₁(s)的解耦与二自由度IMC，同时实现对随机网络时延τ₁和τ₂的补偿；

方式D的步骤包括：

D1：传感器S2节点工作于时间驱动方式，其触发信号为周期h₂的采样信号；

D2：传感器S2节点被触发后，对被控对象G₂₂(s)输出信号y₂₂(s)和被控对象交叉通道传递函数G₂₁(s)的输出信号y₂₁(s)，以及执行器A2节点的输出信号y_22mb(s)和y_21mb(s)进行采样，并计算出闭环控制回路2的系统输出信号y₂(s)和反馈信号y_2b(s)，且y₂(s)＝y₂₂(s)+y₂₁(s)和y_2b(s)＝y₂(s)-y_22mb(s)-y_21mb(s)；

D3：传感器S2节点将反馈信号y_2b(s)，通过闭环控制回路2的反馈网络通路向控制解耦器CD2节点传输，反馈信号y_2b(s)将经历网络传输时延τ₄后，才能到达控制解耦器CD2节点；

方式E的步骤包括：

E1：控制解耦器CD2节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y_2b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号y_p21(s)所触发；

E2：将反馈信号y_2b(s)与被控对象交叉通道传递函数预估模型G_21m(s)的输出值y_21ma(s)和被控对象预估模型G_22m(s)的输出值y_22ma(s)相加得到信号y_2c(s)，即y_2c(s)＝y_2b(s)+y_21ma(s)+y_22ma(s)；将y_2c(s)作用于反馈滤波器F₂(s)得到其输出信号y_F2(s)；

E3：将闭环控制回路2给定信号x₂(s)，减去反馈滤波器F₂(s)的输出信号y_F2(s)，得到偏差信号e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)-y_F2(s)；对e₂(s)实施内模控制算法C_2IMC(s)，得到IMC信号u₂(s)；

E4：将IMC信号u₂(s)作用于交叉解耦通道传递函数P₁₂(s)得到其输出信号y_p12(s)；将y_p12(s)通过网络通路单元向控制解耦器CD1节点传输，y_p12(s)将经历网络传输时延τ₁₂后，才能到达控制解耦器CD1节点；

E5：将来自于控制解耦器CD1节点，通过交叉解耦通道传递函数P₂₁(s)和网络通路单元传输过来的信号y_p21(s)作用于传递函数1/P₂₁(s)单元得到其输出信号u_1m(s)；将u_1m(s)与y_p12(s)相加得到信号u_1pm(s)；将u_1pm(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_21m(s)得到其输出值y_21ma(s)；

E6：将解耦信号y_p21(s)作用于被控对象预估模型G_22m(s)得到其输出值y_22ma(s)；将解耦信号y_p21(s)与IMC信号u₂(s)相加，得到控制解耦信号u_2p(s)，即u_2p(s)＝y_p21(s)+u₂(s)；

E7：将控制解耦信号u_2p(s)通过闭环控制回路2的前向网络通路单元向执行器A2节点传输，u_2p(s)将经历网络传输时延τ₃后，才能到达执行器A2节点；

方式F的步骤包括：

F1：执行器A2节点工作于事件驱动方式，被控制解耦信号u_2p(s)所触发；

F2：将控制解耦信号u_2p(s)作用于被控对象预估模型G_22m(s)得到其输出值y_22mb(s)；将来自于闭环控制回路1的前向网络通路单元的控制解耦信号u_1p(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_21m(s)得到其输出值y_21mb(s)；

F3：将控制解耦信号u_2p(s)作用于被控对象G₂₂(s)得到其输出值y₂₂(s)；将控制解耦信号u_2p(s)作用于被控对象交叉通道传递函数G₁₂(s)得到其输出值y₁₂(s)；从而实现对被控对象G₂₂(s)和G₁₂(s)的解耦与二自由度IMC，同时实现对随机网络时延τ₃和τ₄的补偿。