网络控制系统时延分析与补偿
网络控制系统是现代控制系统发展的最新阶段，是当今控制理论界研究的热点，研究它具有重要的意义。本文在引出了网络控制系统概念的基础上，简要回顾了网络控制系统的发展和网络控制系统的一般性能特征，随后介绍了网络控制系统的基本问题以及现有的时延补偿方法。在介绍了以上概念的基础上分析了网络时延产生与分类，着重论述了网络时延的组成和数据传输技术。在阐明了网络控制系统稳定性与网络时延和采样率的关系后，仿真了时延对网络控制系统的影响，仿真结果表明时延对网络控制系统阶跃响应的性能指标有很大影响，严重时甚至造成系统不稳定。
由于时延对网络控制系统的性能指标影响严重，时延补偿就是解决方法之一。本文在介绍了大林和史密斯两种时延补偿算法后，设计了基于网络控制系统史密斯时延预估器并仿真了时延补偿的效果。仿真结果表明史密斯时延预估器对网络控制系统有着良好的补偿效果。然后，详细研究了一种新的时延补偿方法，这种算法通过插入中间件的方法使得现有非基于网络时延设计的控制器能够在补偿网络时延的同时进行控制。它是基于增益调度表算法通过引入的中间件来修改现有的控制器输出，以达到补偿时延和其它性能要求，由于是在现有的控制器输出端进行修改，使得现有的控制器仍然能够使用，所以这种方法能节省很多时间和投资费用。通过对比例积分控制器控制的直流电机进行仿真，结果表明在存在网络延时的情况下，这种时延补偿方法能够有效的改善网络控制系统的性能。
本文最后对一个自动化立体仓库进行了硬件、软件和功能的总体设计，在设备层采用了当前流行的工业以太网，并且解决了西门子S7-200PLC的以太网接入问题，并分析了在多主机条件下的时延补偿解决办法。最后，展望了网络控制系统的发展前景，指出今后有待进一步研究的理论与应用问题。
网络控制系统;网络时延;补偿算法;增益调度表;立体仓库
西安工业大学
硕士
控制理论与控制工程
高嵩
2006
中文
TP273;TN715.6;TP393.09;TP393.11
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2007-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）