[发明专利]一种SPC与二自由度IMC的TITO‑NDCS未知网络时延补偿方法

摘要

SPC与二自由度IMC的TITO‑NDCS未知网络时延补偿方法，属于带宽资源有限的MIMO‑NDCS技术领域。针对一种双输入双输出信号之间彼此影响并耦合，需要通过解耦处理的TITO‑NDCS，由于网络数据在节点之间传输所产生的网络时延，不仅影响各自闭环控制回路稳定性，而且还将影响整个系统的稳定性，甚至导致TITO‑NDCS失去稳定的问题，提出以TITO‑NDCS中所有真实节点之间网络数据传输过程，代替其间网络时延补偿模型的方法，对两回路分别实施SPC和二自由度IMC，可免除对节点之间网络时延的测量、估计或辨识，降低时钟信号同步要求，降低未知网络时延对TITO‑NDCS稳定性影响，改善系统控制质量。

主权项

一种SPC与二自由度IMC的TITO‑NDCS未知网络时延补偿方法，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y1b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号yp12(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u1p(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y2b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号yp21(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u2p(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：传感器S1节点将反馈信号y1b(s)，通过闭环控制回路1的反馈网络通路向控制解耦器CD1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y1b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号yp12(s)所触发；B2：在控制解耦器CD1节点中，将闭环控制回路1的系统给定信号x1(s)，减去反馈信号y1b(s)和被控对象交叉通道传递函数预估模型G12m(s)的输出值y12ma(s)以及减去被控对象预估模型G11m(s)的输出值y11ma(s)，得到系统偏差信号e1(s)，即e1(s)＝x1(s)‑y1b(s)‑y12ma(s)‑y11ma(s)；B3：对e1(s)实施控制算法C1(s)，得到控制信号u1(s)；B4：将控制信号u1(s)，减去来自于控制解耦器CD2节点通过解耦通道传递函数P12(s)和网络通路单元传输过来的信号yp12(s)，得到控制解耦信号u1p(s)，即u1p(s)＝u1(s)‑yp12(s)；将u1p(s)作用于被控对象预估模型G11m(s)得到其输出值y11ma(s)；B5：将yp12(s)作用于传递函数1/P12(s)得到其输出值u2pm(s)，将u2pm(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)；B6：将u1p(s)作用于解耦通道传递函数P21(s)，并将P21(s)的输出信号yp21(s)通过网络通路单元向控制解耦器CD2节点传输，yp21(s)将经历网络传输时延τ21后，才能到达控制解耦器CD2节点；B7：将控制解耦信号u1p(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，u1p(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u1p(s)所触发；C2：将控制解耦信号u1p(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的前向网络通路单元的控制解耦信号u2p(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：将控制解耦信号u1p(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u1p(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SPC，同时实现对未知网络时延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)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：传感器S2节点将反馈信号y2b(s)，通过闭环控制回路2的反馈网络通路向控制解耦器CD2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y2b(s)或者被交叉解耦网络通路单元的输出信号yp21(s)所触发；E2：在控制解耦器CD2节点中，将反馈信号y2b(s)与被控对象预估模型G22m(s)的输出值y22ma(s)相减后，再与被控对象交叉通道传递函数预估模型G21m(s)的输出y21ma(s)相加得到信号y2c(s)，即y2c(s)＝y2b(s)‑y22ma(s)+y21ma(s)；将y2c(s)作用于反馈滤波器F2(s)得到其输出值yF2(s)；将系统给定信号x2(s)减去反馈滤波器F2(s)的输出信号yF2(s)，得到系统偏差信号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IMC信号u2(s)，减去来自于控制解耦器CD1节点通过解耦通道传递函数P21(s)和网络通路单元传输过来的信号yp21(s)，得到控制解耦信号u2p(s)，即u2p(s)＝u2(s)‑yp21(s)；E5：将yp21(s)作用于被控对象预估模型G22m(s)得到其输出值y22ma(s)；将yp21(s)作用于传递函数1/P21(s)得到其输出值u1pm(s)，将u1pm(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)；E6：将u2p(s)作用于解耦通道传递函数P12(s)，并将P12(s)的输出信号yp12(s)通过网络通路单元向控制解耦器CD1节点传输，yp12(s)将经历网络传输时延τ12后，才能到达控制解耦器CD1节点；E7：将控制解耦信号u2p(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，u2p(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u2p(s)所触发；F2：将控制解耦信号u2p(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的前向网络通路单元的控制解耦信号u1p(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：将控制解耦信号u2p(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u2p(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，同时实现对未知网络时延τ3和τ4的补偿。