[发明专利]一种两输入两输出网络控制系统网络时延二自由度IMC方法

摘要

两输入两输出网络控制系统网络时延二自由度IMC方法，属于带宽资源有限的MIMO‑NCS技术领域。针对一种TITO‑NCS，其两输入两输出信号之间相互影响，由于网络数据在节点之间传输所产生的网络时延，不仅影响其自身闭环控制回路的稳定性，而且还将影响另一闭环控制回路的稳定性，甚至导致TITO‑NCS失去稳定性的问题，提出以TITO‑NCS中所有真实节点之间网络数据传输过程，代替其间网络时延的补偿模型，并对两回路实施二自由度IMC。采用本发明方法可免除对节点之间网络时延的测量、估计或辨识，免除对节点时钟信号同步的要求，降低网络时延对TITO‑NCS稳定性的影响，改善系统的控制性能质量。

主权项

一种两输入两输出网络控制系统网络时延二自由度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).当控制器C节点被反馈信号y1b(s)触发时，将采用方式B进行工作；(3).当执行器A1节点被IMC信号u1(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).当控制器C节点被反馈信号y2b(s)触发时，将采用方式E进行工作；(6).当执行器A2节点被IMC信号u2(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)的输出信号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y11mb(s)和y12mb(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y1b(s)，且y1(s)＝y11(s)+y12(s)和y1b(s)＝y1(s)‑y11mb(s)‑y12mb(s)；A3：将反馈信号y1b(s)，通过闭环控制回路1的反馈网络通路向控制器C节点传输，反馈信号y1b(s)将经历网络传输时延τ2后，才能到达控制器C节点；方式B的步骤包括：B1：控制器C节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y1b(s)所触发；B2：在控制器C节点中，将反馈信号y1b(s)与被控对象交叉通道传递函数预估模型G12m(s)的输出y12ma(s)相加后作用于反馈滤波器F1(s)得到其输出值yF1(s)，即yF1(s)＝(y1b(s)+y12ma(s))F1(s)；将闭环控制回路1的系统给定信号x1(s)，减去反馈滤波器F1(s)的输出信号yF1(s)，得到偏差信号e1(s)，即e1(s)＝x1(s)‑yF1(s)；B3：对e1(s)实施内模控制算法C1IMC(s)，得到IMC信号u1(s)；B4：将来自于闭环控制回路2内模控制算法C2IMC(s)的输出IMC信号u2(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G12m(s)得到其输出值y12ma(s)；B5：将IMC信号u1(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，u1(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IMC信号u1(s)所触发；C2：在执行器A1节点中，将IMC信号u1(s)作用于被控对象预估模型G11m(s)得到其输出值y11mb(s)；将来自于闭环控制回路2执行器A2节点的IMC信号u2(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G12m(s)得到其输出值y12mb(s)；C3：将IMC信号u1(s)作用于被控对象G11(s)得到其输出值y11(s)；将IMC信号u1(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)的二自由度IMC，同时实现对网络时延τ1和τ2的补偿与控制；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)的输出信号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y22mb(s)和y21mb(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y2b(s)，且y2(s)＝y22(s)+y21(s)和y2b(s)＝y2(s)‑y22mb(s)‑y21mb(s)；D3：将反馈信号y2b(s)，通过闭环控制回路2的反馈网络通路向控制器C节点传输，反馈信号y2b(s)将经历网络传输时延τ4后，才能到达控制器C节点；方式E的步骤包括：E1：控制器C节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y2b(s)所触发；E2：在控制器C节点中，将反馈信号y2b(s)与被控对象交叉通道传递函数预估模型G21m(s)输出y21ma(s) 相加，并将相加的结果作用于反馈滤波器F2(s)得到其输出值yF2(s)，即yF2(s)＝(y2b(s)+y21ma(s))F2(s)；将闭环控制回路2的系统给定信号x2(s)，减去反馈滤波器F2(s)的输出信号yF2(s)，得到偏差信号e2(s)，即e2(s)＝x2(s)‑yF2(s)；E3：对e2(s)实施内模控制算法C2IMC(s)，得到IMC信号u2(s)；E4：将来自于闭环控制回路1内模控制算法C1IMC(s)的输出IMC信号u1(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G21m(s)得到其输出值y21ma(s)；E5：将IMC信号u2(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，u2(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IMC信号u2(s)所触发；F2：在执行器A2节点中，将IMC信号u2(s)作用于被控对象预估模型G22m(s)得到其输出值y22mb(s)；将来自于闭环控制回路1执行器A1节点的IMC信号u1(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G21m(s)得到其输出值y21mb(s)；F3：将IMC信号u2(s)作用于被控对象G22(s)得到其输出值y22(s)；将IMC信号u2(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)的二自由度IMC，同时实现对网络时延τ3和τ4的补偿与控制。