无线网络控制系统延时补偿算法研究
无线网络控制系统(wireless networked control system，WiNCS)是一种集无线通信技术和控制理论于一体的分布式控制系统，它通过无线通信网络将分布在不同地理空间位置的控制器、传感器和被控对象连接起来，构成一个实时闭环控制系统。无线网络控制系统是控制系统分散化、网络化和集成化的发展趋势。虽然无线网络控制系统通过共享的通信信道打破了传统控制系统在地理空间位置的限制和点对点连接的束缚，减少了系统布线，降低了成本，提高了系统的灵活性，但其产生了网络诱导延时、数据包丢失、数据多跳传输和节点功率控制等问题。这些问题会使系统的控制性能下降，严重时甚至会破坏系统的稳定性。因此，本文针对无线网络控制系统中的网络延时和丢包进行算法研究与补偿。 首先，本文简要介绍了网络控制系统的组成、结构、特点以及国内外研究现状，详细介绍了无线网络控制系统中的网络诱导延时、数据包丢失和功率控制等问题，并引入了无线网络控制系统的性能指标评价标准。 其次，总结了近年来国内外研究学者在无线网络控制系统网络延时和丢包补偿算法上的研究成果，分析了国内外无线网络控制系统在网络延时和丢包补偿算法上的研究现状和发展趋势，并简单介绍了网络控制系统的实时仿真工具。 再次，本文针对带有网络延时和丢包的无线网络控制系统，引入变死区采样思想，结合T-S模糊PID控制算法实现控制。为了充分验证所提出算法的有效性，本文利用True Time1.5网络控制系统实时仿真工具建立单回路和多回路下实时分布式无线网络控制系统仿真连接图，通过仿真验证了所提出的算法不仅能够使系统稳定，还能有效地优化控制系统的网络服务质量(QoS)和控制性能(QoP)。 虽然结合变死区采样的T-S模糊PID控制算法能够优化系统的QoS和QoP，但系统的超调量仍然较大。因此，本文仔细考虑了系统的快速性与超调量问题，引入了重置控制算法对无线网络控制系统进行控制。仿真结果表明改进重置控制系统normal控制器的新方法能够较好的解决系统快速响应和超调量的问题，提高了系统的动态性能。 最后，总结了全文的研究工作，并分析了网络延时(RTT)与系统误差(IAE)、网络带宽与系统误差（IAE）、干扰节点数与网络带宽的关系，提出了未来研究的方向。
无线网络;延时补偿;丢包率;变死区采样;模糊PID控制;重置控制系统
北京交通大学
硕士
控制理论与控制工程
张严心
2013
中文
TN925.93;TP393.07
70
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）