[发明专利]一种在网络控制系统下的广义预测控制器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在网络控制系统下的广义预测控制器设计方法，属于义预测控制器的 技术领域。

背景技术

网络控制系统(NCS)是指执行器，传感器与控制器之间通过网络连接形成的，拥有完 整的通信网络、远程式的控制系统的闭环控制系统。考虑到控制回路中引入了网络，产生 了一系列问题，尤其是网络中诱导时延的产生严重影响了系统的控制性能。

对于网络随机时延与丢包的补偿，D.W.Clarke等人在1987年提出了一种自适应控制算 法，可以通过多步预测补偿网络中的时延与丢包。但是传统算法中没有考虑对被控对象所 受噪声的影响，而将广义预测控制器用于网络系统中，受到噪声的干扰可能会使被控对象 输出不稳定，因此广义预测控制算法很难满足实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种在网络控制系统下的 广义预测控制器设计方法，用以解决传统广义预测控制器中不带有噪声信息，无法补偿噪 声影响的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种在网络控制系统下的广义预测控制器设计方法，包括以下步骤：

将被控对象的数学模型表示为受控自回归积分滑动平均模型；

利用广义预测控制算法建立原始控制器目标输出函数；

设被控对象所受的实际噪声为ξ(t)，白噪声信号为x(t)，且 ξ(t)＝C(q^-1)[x(t) x(t-1)…x(t-n)]，其中C为噪声参数矩阵，q^-1是后移算子，n为常 数；且根据所述噪声参数矩阵的类型对建立的原始控制器目标输出函数更改；

根据更改后的控制器目标输出函数计算和输出控制量至被控对象，以使得被控对象的 输出平稳。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中受控自回归积分滑动平均模 型为：

A(q^-1)y(t)＝B(q^-1)u(t)+C(q^-1)x(t)/Δ

其中，y(t)表示被控对象的输出信号；u(t)表示控制器的输出控制量； ξ(t)＝c₁x(t)+c₂x(t-1)+…+c_nx(t-n)表示被控对象受到的实际噪声；C为噪声参数；q^-1是 后移算子；Δ＝1-q^-1为差分算子；A(q^-1)、B(q^-1)、C(q^-1)分别为系数不同的滞后多项式。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中建立的原始控制器目标输出 函数为：

y_r(t+j)＝αy_r(t+j-1)+(1-α)ω-D·X(t)

其中，y(t)表示被控对象的输出信号；ξ(t)表示被控对象受到的实际噪声；C为噪声 参数矩阵；D为设置的参数矩阵，其值由被控对象所受噪声唯一确定，确定方法见后(修改后需 要增加的部分)；X(t)＝[x(t) x(t-1)…x(t-n)]，为被控对象受到的各阶噪声矩阵；t为当 前时刻；ω为被控对象的期望输出；α为柔化因子，要求0＜α＜1，保证目标输出平滑；j为预 测长度，即希望控制器输出未来1到j时刻的控制量，视具体系统而定。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中，根据所述噪声参数矩阵的 类型对建立的原始控制器目标输出函数更改，具体为：

当噪声参数矩阵C为1×1维的矩阵类型，则确定被控对象所受噪声为白噪声，并将原 始控制器目标输出函数改为：y_r(t+j)＝αy_r(t+j-1)+(1-α)ω-x(t)；

当噪声参数矩阵C为1×n维的矩阵类型，且矩阵的首项c₁为最大值，则确定被控对象 所受噪声为有色噪声，并将原始控制器目标输出函数改为：

y_r(t+j)＝αy_r(t+j-1)+(1-α)ω-c₁x(t)-c₂x(t-1)-…-c_nx(t-n)；

当噪声参数矩阵C为1×n维的矩阵类型，且矩阵的首项c₁为非最大值，则确定被控对 象所受噪声为有色噪声，并将原始控制器目标输出函数改为：