网络环境下直流电机的时延补偿和控制

过去的二十年间，网络通信技术得到长足发展，其在工业控制领域也扮演越来越重要的角色。基于网络的控制系统(Network-based Control System，NCS)又称网络控制系统(Networked Control System)，就是在现实的分布式控制需求和网络通信技术发展的推动下产生的一种新型的控制系统体系。它是指传感器，控制器，执行器等通过实时网络构成闭环的反馈控制系统。 在网络控制系统的应用中，存在的一个最重要问题是网络传输造成的时延及其对控制系统性能的影响。这一问题会造成系统控制性能下降，如响应缓慢，超调增加，振荡加剧等，严重的甚至使系统不稳定。网络控制系统的另外一个重要问题是数据包丢失，它对系统性能也有重要影响。 本文分析了网络控制系统存在的主要问题，回顾了当前已经提出的用于网络控制系统的主要技术。并具体分析了以以太网为网络媒介的网络控制系统的时延特性，并在一定的假设条件下建立了简化的以太网时延模型。本文进而提出了基于Levinson预测器的网络控制系统的时延补偿方法。该方法以预测器的超前n步预测输出作为反馈信号，以补偿系统输出数据延迟造成的系统控制性能恶化。文中以一个网络环境下的直流电机作为控制对象，利用Levinson预测器进行时延补偿，并采用PI控制器和单神经元控制器，实现了直流电机的时延补偿和控制。仿真结果验证了时延补偿方法的有效性。文中也讨论了基于Levinson预测器的时延补偿方案的局限性。文中最后分析了数据包丢失问题，建立了有数据包丢失的网络的仿真模型，以此模型为基础，通过仿真考察了数据丢失对直流电机控制性能的影响。