基于改进内模控制的无线网络控制系统研究

【摘要】无线网络控制系统(Wirelessnetwrkedcontrolsystems,WiNCS)是在闭环反馈控制系统中添加无线网络作为传输信号的介质,由于无线网络的存在,WiNCS产生诱导时延,时延影响系统稳定性,甚至使系统失去控制。内模控制能有效克服时滞系统中时延的影响,其对模型精度要求低,即使在模型失配时仍具有较大优势,参数在线调节方便、鲁棒性强。常规内模控制只能适用于开环稳定被控对象,对开环不稳定被控对象的控制失效；右半平面含有零点的非最小相位系统,输出产生负调,影响系统的控制性能。本文基于TRUETME1.5仿真平台,研究了WiNCS中不稳定时滞被控对象的改进内模控制策略,使输出能在大时延情况下仍然保持稳定,并能在受到干扰时实现快速跟踪,增强系统鲁棒性。首先,在WiNCS中针对开环稳定对象,设计并仿真了一自由度内模WiNCS和二自由度内模WiNCS,结果验证了内模控制的优点是不需要估计、预测网络时延,也不需要考虑节点间的时钟信号同步问题,一自由度内模WiNCS和二自由度内模WiNCS均具有较好的动态输出性能,其中二自由度内模控制将系统的跟踪性能与鲁棒性能分开调节,进一步增强了系统的抗干扰能力。其次,在WiNCS中针对开环不稳定时滞对象,提出改进的内模WiNCS,首先在被控对象端添加稳定器,整定不稳定被控对象,再按照广义稳定被控对象进行内模控制的设计。当模型匹配时分别对右半平面存在极点、原点存在极点、二阶不稳定对象三种典型情况仿真,仿真结果表明,该改进内模控制方案能有效使用于WiNCS中不稳定时滞被控对象的控制,能保证系统稳定；进一步在模型失配并且改变网络环境情况下做了仿真研究,对比研究表明在具有大时延、数据丢包等恶劣条件下,改进的内模控制策略能满足系统稳定性与鲁棒性的要求。最后,在WiNCS中针对右半平面存在零点的非最小相位系统,提出改进的内模WiNCS,在系统左半平面添加镜像极点,并给出了详细的控制器设计方法。然后对改进方案进行了仿真研究,仿真表明,改进内模控制策略能有效抑制系统负调；最后阐述并仿真验证了系统输出性能与滤波器参数选择有关,通过调节滤波器时间常数能获得需要的系统输出特性。
【作者】唐银清；
【导师】杜锋；
【作者基本信息】海南大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】无线网络控制系统；不稳定时滞对象；内模控制；稳定性；

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