基于Internet不确定滞后的扳手劲竞赛控制系统研究

　　0　引言

　　随着Internet的发展和扩大,基于Internet的控制越来越多,由于基于Internet控制有低成本、范围广、效率高等优点,基于Internet或者TCP/IP协议已经成为当今主流的控制方式并且是未来控制系统的发展方向。

　　但是在网络控制带来的便利及先进性的同时,也有一些问题有等解决,特别是网络传输时延问题、包丢失问题等长期困扰着网络控制的发展,降低闭环系统的性能,甚至导致系统失衡。针对这一些问题的研究已经成为当今的热点,其中主要研究有网络控制系统的稳定性及控制器的设计问题[1-3]。在控制器设计方面,主要是有常规、智能及优化控制器三种。设时延为具有某种统计规律的随机量,借助随机控制理论设计控制器,但实际系统中时延的概率分布未必可知。另一种办法是利用接收缓冲区将随机时延转化为固定时延,采用预测控制方法设计控制器,但缓冲区导致所有时延均转化为最大时延,不利于系统性能。

　　由于网络时延的不确定性及分布无规律性,采用智能控制能够取得较好控制效果,冯广等使用PID与智能算法相结合得出了一种智能控制器,能有效地减小不确定时滞对控制性能的影响,由于目前智能控制方法在理论研究上尚不完善,利用各种智能控制方法设计控制器时,难以进行深入的理论分析。

　　优化控制是现代控制理论的一个理论分支,有关于时滞稳定性与最优化研究中,采用二次型最优控制,得出二次型目标函数。H∞控制描述了输入有限能量到输出能量的最大增益,所以H∞优化控制比二次型优化控制有着更优的优点。H∞控制是最近一个比较热门控制方法,特别是当LMI引入,使H∞控制与实现更为便利,使H∞控制应用更为广泛。

　　作者使用Lyapunov方法,得出网络控制方程的稳定条件,再研究H∞优化控制问题,然后把基于Internet扳手劲竞赛实现平台在学校的互联网上验证

　　该方法的可用性。

　　1　网络系统模型

　　1·1　系统结构

　　网络控制系统(NCS)是一种分布式网络实时反馈控制系统。它的最大特点就是通信链路是基于网络,这也使它的应用范围更广。

　　作者采用的网络控制系统的结构如图1所示。由于时延在网络控制系统中的影响最大,所以主要考虑了网络控制系统的不确定时延现象,而且时延是小于一个采样周期之内的不确定时延,并且为了更一般性,事先不知道时延分布。

　　1·2　系统建模

　　被控对象是一个连续时间模型,广义的被控对象包执行器、传感器、窄义的被控对象及通信链路组成,以后如无特别说明,被控对象都是广义的。控制器是离散时间的数字控制器,控制器的输出通过执行器作用于被控对象τsc是从传感器到控制器的通讯时延。同样,τca是控制器到执行器的传输时延。作为一个基于互联网(校园网)的网络控制系统,当系统时延不超过采样周期的时候,不失一般性及系统实时性,可以假设: