[发明专利]一种两输入两输出网络解耦控制系统未确知时延IMC方法

摘要

两输入两输出网络解耦控制系统未确知时延IMC方法，属于带宽资源有限的MIMO‑NDCS技术领域。针对一种两输入两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的稳定性，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中所有节点之间的真实网络数据传输过程，代替其间网络时延补偿模型，对两回路分别实施二自由度IMC和一个自由度的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，降低未确知网络时延对TITO‑NDCS稳定性的影响，改善系统控制质量。

主权项

一种两输入两输出网络解耦控制系统未确知时延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CD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CD节点被反馈信号y2(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CD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CD节点；方式B的步骤包括：B1:控制解耦器CD节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y1b(s)所触发；B2:在控制解耦器CD节点中，将反馈信号y1b(s)先与被控对象交叉通道传递函数预估模型G12m(s)的输出y12ma(s)相加后再与被控对象预估模型G11m(s)的输出值y11ma(s)相减，得到信号y1c(s)，且y1c(s)＝y1b(s)+y12ma(s)‑y11ma(s)，并将y1c(s)作用于反馈滤波器F1(s)得到其输出值yF1(s)；将闭环控制回路1系统给定信号x1(s)减去信号yF1(s)，得到系统偏差信号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中内模控制算法C2IMC(s)的输出IMC信号u2(s)作用于解耦交叉通道传递函数P12(s)得到其解耦信号up12(s)；将IMC信号u1(s)与up12(s)相减得到闭环控制回路1的控制解耦信号u1p(s)，即u1p(s)＝u1(s)‑up12(s)；B5:将解耦信号up12(s)作用于被控对象预估模型G11m(s)得到其输出值y11ma(s)；将来自于闭环控制回路2输出的控制解耦信号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y12ma(s)；B6: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)的解耦与二自由度IMC，同时实现对未确知网络时延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)进行采样，并计算出闭环控制回路2的系统输出信号y2(s)，且y2(s)＝y22(s)+y21(s)；D3:传感器S2节点将反馈信号y2(s)，通过闭环控制回路2的反馈网络通路向控制解耦器CD节点传输，反馈信号y2(s)将经历网络传输时延τ4后，才能到达控制解耦器CD节点；方式E的步骤包括：E1:控制解耦器CD节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y2(s)所触发；E2:在控制解耦器CD节点中，将闭环控制回路2的系统给定信号x2(s)，与反馈信号y2(s)实施先加后减，得到系统偏差信号e2(s)，即e2(s)＝x2(s)+y2(s)‑y2(s)＝x2(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中内模控制算法C1IMC(s)的输出IMC信号u1(s)作用于解耦交叉通道传递函数P21(s)得到其解耦信号up21(s)；将IMC信号u2(s)与up21(s)相减得到闭环控制回路2的控制解耦信号u2p(s)，即u2p(s)＝u2(s)‑up21(s)；E5:将控制解耦信号u2p(s)作用于闭环控制回路1中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)；E6: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)所触发后，将控制解耦信号u2p(s)作用于闭环控制回路1中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)；F2: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)的解耦与一个自由度的IMC，同时实现对未确知网络时延τ3和τ4的补偿与控制。