抽象性
网络控制策略受变异通信延迟影响的线性SISO系统方法的目的是使用模糊逻辑调整PID控制器提供命令模糊逻辑控制器输入由延迟和延迟变换表示,输出用于调适PID控制器命令以适应网络通信延迟新值模拟实施结果介绍结果显示使用控制策略时性能提高作者使用Ethernet/IP通信协议提交三维起重轴实现
开工导 言
网络控制系统是一种新型反馈控制系统,传感器关于受控参数和指令的资讯通过Ethernet、CAN和无线通信网络交换图中一号显示NCS总架构一号..
图中一号s1至sn表示传感器节点,A1至A表示启动器节点,C1至Cn表示控制器节点无强制控制器像启动器或传感器一样多网络化控制系统的主要问题是变换通信延迟和打包丢失(信息丢失)。
中2,3显示方法减少网络通信量并因此降低显示通信延迟的可能性为此目的使用事件控制,这意味着控制信号在满足条件前不修改
通信延迟必须使用适当的控制策略以确保所期望的QoC(控制质量)。此外,网络参数可以通过分析分享网络的所有闭环系统性能来修改(QOS:服务质量)一号..
中4提供无线传感器/启动者网络的挑战和机遇WSAN支持使用WSAN应用所必备QOS
当我们想控制进程变量时,我们可以使用多模型控制策略解决办法的长处是把困难问题破解成几个易解问题5-8..
自适应控制系统表示另一种策略,当过程结构变换和参数变换时使用在这种情况下,控制器有能力识别进程修改并相应调整参数6,九九-15..
中16,17使用遗传算法在线调试线性SISO系统并随机延迟通信通信延迟包括在过程模型中
最近开发的新概念使用多模型自适应控制组合提出了可行解决方案在线控制复杂过程非线性模型18号,19号..
论文组织如下内段2,我们先介绍拟议的控制策略段内3描述案例研究包括实验搭建和数学模型过程的展示以及模拟和实验结果最后一节4内含结论和方向未来研究
二叉拟控件策略
2.1.网络控制系统
传感器和启动器网络由几组传感器和启动器组成,地理分布并互连传感器收集过程信息,启动者通过执行适当动作对信息作出反应网络允许这样的管理系统监控并操纵进程行为节点通信质量(服务质量(Qos))在网络中发挥重要作用。
传感器网络用于收集进程信息并提交感兴趣的用户传感器无法干扰过程,在大多数应用中,光对参数进行监测是不够的,还需要对过程执行动作行动需求使得传感器和启动器网络有必要并存网络节点之间的通信质量必须提供,以确保用户对系统服务满意度
从终端用户的角度来看,使用网络应用对网络基础设施提供通信质量有其自身的具体需求。在有些情况下,信息交换速度因节点而异并必须完备
视目标应用类型而定,网络内通信质量特征可以是强健性、可用性、安全性等某些参数可用于测量服务满意度,如带宽、延迟和信息丢失
宽度表示信息传递时间段一般说来,只要网络带宽更高,系统性能更好常生成大量数据(如摄像头)的节点往往需要高带宽
延时从发件人到接收者需要时间 。敏感网络延迟应用指那些需要实时提供数据包的应用实时不表示快速计算或高速通信实时通信系统是独一无二的,因为它必须快速工作才能实现同步需求包损率指传输过程丢失包的百分比可用它表示丢失包的概率包可能因拥塞和不成功连接而丢失
网络并非简单传感器网络,传感器节点通常成本低、功耗低和小并配有有限处理模块和通信设备(例如,能低速与其他节点通信)。因通信能力受限,带宽受限特别是节能对扩展网络运行非常重要,因为在操作时改变传感器电池是不可取的。带驱动器节点处理和通信能力通常更高并分配更多能量
网络通信质量可能因缺少计算资源和/或通信而受到影响举例说,多节点想通过同一网络传递消息时,必须竞争有限带宽,网络能提供带宽。其结果,一些数据将严重延迟,导致通信质量低劣因内存有限,一些数据包可能在节点发往目的地前丢失十分重要的是,应有效利用有限的现有资源。
传感器和启动器没有相同的资源约束因为它们设计时使用不同的技术并有不同的用途,它们在处理能力、通信和功能等几个方面不相似。大规模系统内网络使用硬件和网络技术可能因子系统而异之所以如此,是因为市场中很少标准传感器和专用网络和驱动器,如产品常有不同特征网络的这种异质性使得高水平可用资源很难使用因此,在多数情况下无法最大限度地高效使用资源。
2.2.混合PID-Fuzy控制
本文介绍的控制策略提议线性SISO系统,这些系统因通信网络而出现变换通信延迟
控制策略基于模糊逻辑模糊逻辑控制器用于调整PID控制器提供命令
图中2显示控件结构使用模糊逻辑 表示控件变量 定点控件变量 控制信号 表示估计延迟 变延时延迟估计模块执行延迟估计并修改延迟每一次采样时间执行估计当前通信延迟和调整PID控制器命令 按照模糊逻辑 )
为了确定当前通信延迟,控制器请求S(传感器)节点提供数据控制器知道,当通信无延迟时,传感器节点将在一定时间后提供请求数据 .通信延迟时传感器节点将在更高段提供请求数据 中位 .传感器和驱动器节点位于同一地理区域时,我们考虑了案例,这意味着传感器节点与控制器之间的通信延迟与控制器与启动器节点之间的通信延迟相同。经过所有这些考量后 闭路系统时段通信延迟 并将其列入过程模型分析延时命令计算后 比较通信延时后 我们决定它可能被忽略
3级案例研究
3.1.实验搭建crane模型
非线性SISO系统在本论文中研究 三维角轴电机系统有复杂动态行为 受流程计算机控制三维起重机由有效载荷组成(升降 由马达挂起手推车挂起像钟式升降线推车搭上轨迹 系统能力横向运动 并 方向问题有效载荷可分三维移动系统启动程序使用三台RH158.24.75数据采集方式有5个编码器测量5个过程变量:3个协调空间有效载荷和2个偏角升降线,空间坐标分辨率为4096脉冲和0.0015rad偏移角破解盒内装接口模块放大控制信号 从PC传输到DC电机20码..
数据采集由5个传感器节点执行启动程序由三个启动器节点执行
在每个传感器和驱动器节点上都有一个ATMEL微控制器,即ATMEGA32模块ENC28J60模块和时钟信号生成器启动节点微控制器用于将控制器输出转换成PWM信号21号..传感器节点微控件计数编码器提供信号上下边缘并用数字格式从计数器向进程计算机发送值ENC28J60模块用于进程计算机与传感器节点之间的通信,过程计算机与激活节点之间也是如此时钟信号生成器按16兆赫值设置微控件工作频率
3Dcrane系统MIMO系统有三个输入变量(3DC电机控制信号)和5输出变量(编码信号)。非线性特征由空间有效载荷的钟式运动提供,并带可变线长图3INTECO(2000年)展示起重机系统 距离铁路与推车距离构建框架中心 距离铁路中心 长度提升线; 表示角介间 轴线和升降线; 表示负向间角 轴线投影 平面; 质量有效载荷; 质量推车; 移动轨迹质量; 坐标有效载荷; 表示升降线上反应力 强推车轨迹 强力沿铁路驱动推车 指控制升降线长度的力量; 摩擦力
如果我们定义状态变量和关系 我们得到数学模型 使用下列表示法: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 引力加速度; 非线性函数
系统模拟模型实施细节模型可见于[20码..
3.2模拟实验研究
非线性SISO系统在本论文中研究时可被推理近似 转移函数 : 去哪儿 表示增益 描述进程动态通信延迟包含进过程模型 变迁 去哪儿 变量化
我们考虑了上文所介绍进程线性近似近似性实验编译线性化后,我们调制PID控制器处理无通信延迟案例 sec))调试脱机模拟环境
离线调试实现后,PID控制器模拟测试继续并审议通信延迟 秒并 秒数下图4显示系统模拟响应使用相同的PID控制器和不同的通信延迟通过分析三大响应,我们可以看到它们之间存在差分,分治时间和超标,而稳态误差则无差分。
产生不匹配的原因是当通信延迟出现时,设计用于无通信延迟的PID控制器无法按请求执行,闭路系统性能因通信延迟值提高而恶化
为了防止闭环系统性能下降,我们采用了图中显示的控制策略2.
图中显示模拟实验中模糊逻辑控制器规则基础5.
延迟命令使用P0-P8成员函数,延迟修改使用N4、N3、N2、N1(负数)、Z(零数)、P1、P2、P3和P4成员函数
研究中最高延迟值为2秒
系统采样时间为0.2秒
流程计算机配置如下:Intel(R)Core2DUEE7200系统操作使用微软WindowsXP专业版2002服务打包3并使用Matlab
表内一号并2展示案例分析i)PID(定时延迟)S,E表示系统性能模拟和实验实现PID控制器调优后取得并何时被视为不同的通信延迟二)PID和fuzzyS,E表示系统性能模拟实验使用拟议控制策略时和被视为不同通信延迟时获取三)PID(变延)S,E表示系统性能模拟实验实现PID控制器并通信延迟值介于0至2秒间四)PID和Fuzzy系统变换延迟SE表示系统性能模拟实验时使用拟议控制策略,通信延迟值介于0至2秒间
图中6并7描述系统模拟响应时只使用PID控制器,使用时则使用模糊逻辑调整图响应6获取定时延迟 sec)和图中那些7变量延迟图中显示变量延迟分布8案例S5
实验研究中,我们考虑了Ethernet/IP通信协议同模拟一样,我们考虑了通信延迟 秒并 秒数图中九九显示系统实验响应使用同PID控制器和不同的通信延迟
和模拟环境一样,实验环境中设计PID控制器时没有通信延迟无法按请求执行,闭路系统性能因通信延迟值提高而恶化图解实验结果九九.
图中10并11显示系统实验响应时只使用PID控制器,使用时则使用模糊逻辑调整图响应10获取定时延迟 sec)和图中那些11变量延迟图中显示变量延迟分布12案例E7
分析图中提供的答复4,5并6和图中九九,10并11可以看到闭环系统性能提高时使用我们提议的控制策略,即超标和沉定时间,而稳态误差则无差分。
4级结论
论文中,我们为受变式通信延迟影响的线性SISO系统建议网络化控制策略使用模糊逻辑控制器调整PID控制器提供命令输入模糊逻辑控制器时使用延迟和修改延迟通过使用FLC输出,PID控制器命令按通信延迟当前值相应调整
通过分析模拟和实验结果,我们可以看到闭环系统性能提高时使用我们提议的控制策略实验分析使用3Dcrane轴和Ethernet/IP通信协议
未来工作中,我们将使用另一个控制器处理非线性过程
感知感知
这项工作通过POSDRU/88/1.5/S/61178金融协议由罗马尼亚劳动、家庭和社会保护部2007-2013部门操作开发人力资源方案供资图3非线性起重机模型由INTECO提供