球杆系统的网络化控制设计与实现

2012年03月22日10:20:06 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

罗浩铭，刘国平，桂卫华

中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙

中国科学院自动化研究所，北京

摘　　　要：网络诱导时延和数据包丢失、错序等问题会严重影响网络化控制系统的性能甚至使系统不稳定。对于球杆系统这样具有开环不稳定和典型的非线性特征的系统来说尤其明显。为了解决这一问题，采用网络化预测控制算法（ＮｅｔｗｏｒｋｅｄＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ，ＮＰＣ）来设计球杆网络化控制系统。介绍了网络化预测控制算法的设计，球杆对象的辨识建模，并通过仿真与实验结果验证了该设计的有效性。

关　键　词：网络化控制；球杆系统；预测控制；非线性系统；系统辨识

１　引　言
由于在远程及分布式环境下的巨大应用潜力，网络化控制系统（ＮｅｔｗｏｒｋｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓ，ＮＣＳｓ）已经成为国际控制界的一个热点研究领域。在传统控制系统中引入通信网络带来了许多便利，同时也带来了一些缺陷，主要包括网络诱导时延、数据包丢失、数据包错序等。这些新的特性使ＮＣＳｓ与传统控制系统有了很大的差别，在大多数情况下，会降低控制效果，甚至造成系统不稳定。为了分析和解决这些问题，控制、通信、计算机等各个领域的研究者提出了一些新的方法，如随机较优控制、模糊逻辑控制、基于事件的控制、增益调度、数据包丢失分析和混合控制等［１９］。另外，Ｌｉｕ等提出并发展了网络化预测控制（ＮｅｔｗｏｒｋｅｄＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ，ＮＰＣ）的思想，作者考虑了数据包丢失的情况，所获得的预测控制器实现了对随机网络诱导时延的补偿［１０１２］。但是对于目前的大多数控制算法，基本上都停留在仿真阶段，实际应用的例子较少，特别是对于具有开环不稳定和明显非线性的对象，缺乏实际应用的验证。本文主要的内容是利用网络化预测控制对实际的球杆系统进行控制，利用仿真和实验结果证明了网络化预测控制在复杂网络环境下控制复杂系统的有效性。

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