一種網絡串級控制系統未知網絡時延的補償方法
2023-04-26 14:50:36
專利名稱：一種網絡串級控制系統未知網絡時延的補償方法
技術領域：
本發明涉及一種網絡串級控制系統未知網絡時延的補償方法，屬於網絡控制系統 技術領域.
背景技術：
隨著計算機網絡的廣泛使用和網絡技術的不斷發展，控制系統的結構正在發生變 化，網絡控制系統(networked control systems,NCS)應運而生.「網絡控制系統」是指某 個區域現場傳感器、控制器、執行器和通信網絡的集合，用以提供設備之間的數據傳輸，使 該區域內不同地點的用戶實現資源共享和協調操作，是一種集通信網絡和控制系統於一體 的全分布式、網絡化實時反饋控制系統.這種網絡化的控制模式具有信息資源共享、連接 線數減少、易於擴展和維護、高效率、高可靠性等優點，同時也提高了系統的靈活性，維護和 故障診斷變得簡單方便.但是，由於網絡帶寬有限，信息的傳送不可避免地會產生網絡時延，時延的存在使 得系統性能變差，嚴重時甚至影響到系統的穩定性.同時，由於網絡時延的未知性，使得網 絡控制系統的分析和設計變得非常地困難.目前，國內外關於網絡控制系統的研究主要是針對單迴路的控制系統，分別在網 絡時延恆定、時變或隨機，網絡時延小於一個採樣周期或大於一個採樣周期，單包傳輸或多 包傳輸，有無數據包丟失等各種條件下，對其進行建模與穩定性分析，但鮮有論文對網絡串 級控制系統進行研究.控制迴路通過實時網絡閉合的串級控制系統稱為網絡串級控制系 統(NCCS)，適用於本發明的網絡串級控制系統的典型結構框圖如圖1所示.由於網絡串級控制系統是一個多閉環迴路的網絡控制系統，對網絡時延影響的分 析與系統性能的研究遠比單迴路的網絡控制系統要複雜得多.內迴路網絡時延將嚴重影 響內迴路網絡控制系統的快速性和抗幹擾能力，同時也將與外迴路網絡時延一起對整個網 絡串級控制系統的穩定性和控制品質產生負面影響.對於網絡時延研究的難點在於(1)由於網絡時延與網絡拓撲結構、通信協議、網絡負載、網絡帶寬和數據包大小 等因素有關.對大於數個乃至數十個採樣周期的網絡時延，要建立準確的預測、估計或辨 識的數學模型，目前幾乎是不可能的.(2)發生在前一個節點向後一個節點傳輸網絡數據過程中的網絡時延，在前一個 節點中無論採用何種預測或估計方法，都不可能事先提前知道其後產生的網絡時延的準確 值.時延導致系統性能下降甚至造成系統不穩定，同時也給控制系統的分析與設計帶來困 難.(3)要滿足網絡串級控制系統中，不同分布地點的所有節點時鐘信號完全同步是 不現實的.針對網絡同時存在於所有前向與反饋通路中的網絡串級控制系統如圖2所示，其 輸入R(s)與輸出Yjs)之間的閉環傳遞函為fnmi1 m=_C^e^C^e^G^G^s)_
L J R(s) 1 + C,(s)e-T'sC2(s)e-TlSG2(s)G,+ C2{s)evG2^ '式中:C「S)是主控制器，C2(s)是副控制器;G「s)是主被控對象，G2(s)是副被控 對象；T工表示將網絡數據從主控制器節點傳輸到副控制器節點所產生的未知網絡時延； X 2表示將網絡數據從主變送器節點傳輸到主控制器節點所產生的未知網絡時延；T 3表示 將網絡數據從副變送器節點傳輸到副控制器節點所產生的未知網絡時延；t4表示將網絡 數據從副控制器節點傳輸到執行器節點所產生的未知網絡時延；由於等式(1)所示的閉環傳遞函數的分母中包含網絡時延^和T2，^和14的 指數項^和^，一和時延的存在將惡化系統的控制性能質量，甚至導致系統失去穩定 性，嚴重時可使系統出現故障.降低時延對系統穩定性影響的關鍵，就在於能否實現將未知網絡時延^和T2， 13和14的指數項￡ 和61，廣-和^-從等式(1)的分母中去除，即實現系統閉環特徵方 程中不包含所有網絡時延的指數項，進而實現對網絡時延的補償.然而，要實現對網絡時 延的補償，首先必須知道網絡時延的大小.目前，國內外通常採用的方法是通過對網絡時 延T工和T 2，T 3和T 4的測量，來補償時延T工和T 2，T 3和T 4對系統穩定性的影響.但 是，由於對網絡時延^和12，^和T4的準確測量需要滿足節點時鐘信號同步的要求， 若採用硬體來實現節點時鐘信號完全同步，則需要較大的經濟投入；若採用軟體校正時鐘 信號，則由於校正信號在節點間傳輸時，可能遭遇網絡時延的影響，難以實現節點時鐘完全 同步.若採用對網絡時延進行估計、觀測、辨識或預測的方法來獲得網絡時延的大小，則首 先必須知道網絡時延的準確概率分布，或準確的數學模型，但由於網絡時延的大小與具體 的網絡協議、網絡負載大小以及網絡拓撲結構等因素有關，對網絡時延的估計、觀測、辨識 或預測都可能存在偏差.因此，如何免除對節點時鐘信號同步的要求，免除對節點之間網絡時延的估計、觀 測、辨識或預測，同時又能獲得節點之間準確的時延值，進而實現對網絡串級控制系統所有 通路網絡中未知網絡時延的補償作用，已成為網絡串級控制系統中需要解決的關鍵問題之
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種網絡串級控制系統未知網絡時延的補 償方法.本發明的目的針對網絡串級控制系統中，網絡時延「測不準」的難題，本發明提出了一種免除對 主變送器、主控制器、副變送器和執行器節點時鐘信號同步的要求，同時也免除對網絡串級 控制系統中未知網絡時延的測量、估計或辨識的時延補償方法，實現對所有前向與反饋通 路中的網絡時延分段、實時、在線和動態的補償與控制.本發明採用的方法是第一步採用主變送器節點到主控制器節點之間的真實網絡數據傳輸過程代替其 間網絡時延的補償模型，在結構上實現系統不包含其間網絡時延的補償模型.無論從主變 送器節點到主控制器節點之間的網絡通路有多麼複雜和不確定，也無論其間包括有多少個路由器或(和)中間環節，信息流所經歷的網絡時延就是控制過程中真實的網絡時延，信息 流傳輸過程中就已實現了對其時延的補償功能.第二步採用副變送器節點到副控制器節點之間的真實網絡數據傳輸過程代替其 間網絡時延的補償模型，在結構上實現系統不包含其間網絡時延的補償模型.無論從副變 送器節點到副控制器節點之間的網絡通路有多麼複雜和不確定，也無論其間包括有多少個 路由器或(和)中間環節，信息流所經歷的網絡時延就是控制過程中真實的網絡時延，信息 流傳輸過程中就已實現了對其時延的補償功能.第三步採用主控制器節點到副控制器節點之間的真實網絡數據傳輸過程代替其 間網絡時延的補償模型，在結構上實現系統不包含其間網絡時延的補償模型.無論從主控 制器節點到副控制器節點之間的網絡通路有多麼複雜和不確定，也無論其間包括有多少個 路由器或(和)中間環節，信息流所經歷的網絡時延就是控制過程中真實的網絡時延，信息 流傳輸過程中就已實現了對其時延的補償功能.第四步採用副控制器節點到執行器節點之間的真實網絡數據傳輸過程代替其間 網絡時延的補償模型，在結構上實現系統不包含其間網絡時延的補償模型，無論從副控制 器節點到執行器節點之間的網絡通路有多麼複雜和不確定，也無論其間包括有多少個路由 器或(和)中間環節，信息流所經歷的網絡時延就是控制過程中真實的網絡時延，信息流傳 輸過程中就已實現了對其時延的補償功能.第五步針對圖2所示的網絡串級控制系統，實施本發明方法的網絡時延補償結 構如圖3所示.在圖3中，不包含主副被控對象的預估模型，從系統的輸入R(s)與輸出Yjs)之 間的閉環傳遞函數為
「_ 你)_ e-^C^C^G^js)
R(s) 1 + C2 (s)G2 (s) + C, (s)C2 (s)G2 )G, (5)式(2)所示網絡串級控制系統的閉環傳遞函數分母中，不包含網絡時延^和t2， 丁 3和x4的指數項，即實現了閉環特徵方程1+C2 (s) G2 (s) (s) C2 (s) G2 (s) Gl (s) = 0中不 包含網絡時延的指數項，從而消除了網絡時延對系統穩定性的影響，提高了系統的控制性 能質量，實現了對未知網絡時延的補償功能.本發明的適用範圍本發明適用於主副被控對象數學模型已知或不確知，系統存在未知幹擾，網絡存 在一定量的數據丟包，網絡同時存在於網絡串級控制系統的所有前向與反饋通路中的未知 網絡時延的動態補償與控制.本發明的特徵在於該方法包括以下步驟1、當主變送器節點被採樣周期、觸發時，將採用方式A進行工作；2、當主變送器節點將主被控對象&(8)的輸出信號Yjs)通過外反饋網絡通路向 主控制器節點傳輸時，將採用方式B進行工作；3、當副變送器節點被採樣周期h2觸發時，將採用方式C進行工作；4、當副變送器節點將副被控對象62(8)的輸出信號Yjs)通過內反饋網絡通路向 副控制器節點傳輸時，將採用方式D進行工作；5、當主控制器節點被信號1(8)觸發時，將採用方式E進行工作；
6、當主控制器節點通過外前向網絡通路將誤差信號ei(s)向副控制器節點傳輸 時，將採用方式f進行工作；7、當副控制器節點被信號1(8)或(和)信號ei(s)所觸發時，將採用方式g進行 工作；8、當副控制器節點通過內前向網絡通路將信號e2(s)向執行器節點傳輸時，將採 用方式h進行工作；9、當執行器節點被信號e2(s)觸發時，將採用方式i進行工作.方式a的步驟包括A1 主變送器節點工作於時間驅動方式，其觸發採樣周期為、；A2 主變送器節點被觸發後，對主被控對象& (s)的輸出信號A (s)進行採樣.方式b的步驟包括b1 主變送器節點將信號yjs)，通過外反饋網絡通路向主控制器節點傳輸.方式c的步驟包括c1 副變送器節點工作於時間驅動方式，其觸發採樣周期為h2 ；c2 副變送器節點被觸發後，對副被控對象g2 (s)的輸出信號y2 (s)進行採樣.方式d的步驟包括d1 副變送器節點將信號y2(s)，通過內反饋網絡通路向副控制器節點傳輸.方式e的步驟包括e1 主控制器節點工作於事件驅動方式，並被來自外反饋網絡通路的信號yjs)觸 發；e2 將系統給定信號r(s)與yjs)相加減，得到外迴路系統誤差信號力(s).方式f的步驟包括f1 主控制器節點將誤差信號ei(s)，通過外前向網絡通路向副控制器節點傳輸.方式g的步驟包括g1 副控制器節點工作於事件驅動方式，並被來自內反饋網絡通路的信號y2(s)或 (和)來自外前向網絡通路的信號ejs)觸發；g2:^ei(s)與信號y2(s)相加減，得到內迴路誤差信號62(8).方式h的步驟包括& 副控制器節點將誤差信號e2(s)，通過內前向網絡通路向執行器節點傳輸.方式I的步驟包括II 執行器節點工作於事件驅動方式；12 執行器節點被誤差信號e2 (s)觸發；13 將e2 (s)和a (s)相減，得到誤差信號e3 (s)；14 對e3 (s)實施主控制算法q (s)，得到控制信號Ul (s)；15 將Ul (s)和y2 (s)相減，得到誤差信號e4 (s)；I6d#e4(s)作用於副控制算法C2 (s)，得到控制信號u2 (s)；17 :^u2(s)作為驅動信號，對副被控對象62(8)實施控制；從而改變g2(s)的狀 態，進而改變gi(s)的狀態，實現對&(8) %g2(s)的控制作用.10、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於系統包含主變送器節點、副變送器節點、主控制器節點、副控制器節點、執行器節點、主被控對象和副被控對象等單元，各單元依 照各自設定的工作方式和功能進行工作.11、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於用所有真實的外迴路網絡通路的數 據傳輸過程代替其間網絡時延補償模型，從而在結構上實現系統不包含其間網絡時延的補 償模型.12、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於用所有真實的內迴路網絡通路的數 據傳輸過程代替其間網絡時延補償模型，從而在結構上實現系統不包含其間網絡時延的補 償模型.13、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於從結構上免除對網絡串級控制系統 所有節點之間網絡時延的測量、觀測、估計或辨識.14、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於從結構上免除對網絡串級控制系統 所有節點時鐘信號同步的要求.15、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於從結構上實現網絡時延補償方法的 實施與具體控制策略Ci(s)和(2(8)的選擇無關.16、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於從結構上實現網絡時延補償方法的 實施與具體網絡通信協議的選擇無關.17、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於當無需確知主副被控對象的數學模 型，從結構上就可實現對網絡串級控制系統外迴路和內迴路網絡通路未知網絡時延的完全 補償，提高系統的控制性能質量.18、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於採用的是「軟」改變控制系統結構的 補償方法，無需再增加任何硬體設備，利用現有網絡串級控制系統智能節點自帶的軟體資 源，就足以實現其補償功能.19、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式A適用於主變送器節點周期採 樣.20、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式B適用於主變送器節點傳輸網 絡數據.21、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式C適用於副變送器節點周期採 樣.22、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式D適用於副變送器節點傳輸網 絡數據.23、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式E適用於主控制器節點對信號 進行處理.24、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式F適用於主控制器節點傳輸網 絡數據.25、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式G適用於副控制器節點對信號 進行處理.26、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式H適用於副控制器節點傳輸網 絡數據.27、本發明所述的時延補償方法，其特徵在於方式I適用於執行器節點對副被控對象G2(s)實施控制，並對信號進行處理.本發明具有如下優點1、由於從結構上免除了對內外迴路中，所有網絡通路未知網絡時延的測量、觀測、 估計或辨識，同時還免除了節點時鐘信號同步的要求，進而避免了時延估計模型不準確造 成的估計誤差，避免了對時延辨識所需耗費節點存貯資源的浪費，同時還避免了由於時延 造成的「空採樣」或「多採樣」帶來的補償誤差.2、由於從結構上實現了與具體的網絡通信協議的選擇無關，因而既適用於採用有 線網絡協議的網絡串級控制系統，亦適用於無線網絡協議的網絡串級控制系統；既適用於 確定性網絡協議，亦適用於時變性的網絡協議.3、由於從結構上實現了與具體的網絡通信協議的選擇無關，因而既適用於基於有 線網絡協議的異構網絡串級控制系統，亦適用於基於無線網絡協議的異構網絡串級控制系 統，同時還適用於異質(如有線與無線混雜)的網絡串級控制系統的時延補償.4、由於從結構上實現了與具體的主(副)控制器的控制策略的選擇無關，因而既 可用於採用常規控制的網絡串級控制系統，亦可用於採用智能控制或採用複雜控制策略的 網絡串級控制系統.5、由於本發明採用的是「軟」改變控制系統結構的補償方法，因而在其實現過程中 無需再增加任何硬體設備，利用現有網絡串級控制系統智能節點自帶的軟體資源，就足以 實現其補償功能，因而可節省硬體投資，便於推廣和應用.
圖1為網絡存在於內外迴路所有通路中的網絡串級控制系統方框圖.圖2為網絡存在於內外迴路所有通路中的網絡串級控制系統結構圖.圖3為本發明所述的網絡串級控制系統所有網絡通路中，未知網絡時延補償方法 結構圖.在圖1的方框圖中，系統由輸入信號(R)，主被控對象(h)，主變送器(SD，外迴路 反饋網絡通路，主控制器和)，外迴路前向網絡通路；副變送器(s2)，內迴路反饋網絡通路， 副控制器(c2)，內迴路前向網絡通路，執行器(A)，副被控對象(G2)等單元所組成.主變送器(SD節點採用時間驅動方式進行工作，觸發周期為hp對主被控對象 (G:)實施周期採樣.主控制器(Q)節點採用事件驅動方式進行工作，由主變送器O節點的輸出信號 通過外反饋網絡通路來觸發.副控制器(C2)節點採用事件驅動方式進行工作，由副變送器(S2)的輸出信號通過 內迴路反饋網絡通路，或(和)由主控制器(Q)節點的輸出信號通過外迴路前向網絡通路 來觸發.副變送器(S2)節點採用時間驅動方式進行工作，觸發周期為h2，對副被控對象 (G2)實施周期採樣.執行器(A)節點採用事件驅動方式進行工作，由副控制器(C2)節點通過內迴路前 向網絡通路的控制信號來觸發，驅動執行機構從而改變副被控對象(G2)的狀態，進而改變 主被控對象(Gi)的狀態.
圖1中系統的主變送器(Si)節點，副變送器(S2)節點，主控制器(C》節點，副控制 器(c2)節點，以及執行器(A)節點都是智能節點，不僅具備存貯運算功能與通信功能，而且 具備軟體組態與控制功能，這些節點包括現已廣泛應用的工業現場總線控制系統(FCS)和 集散控制系統(DCS)中常見的智能節點或智能設備等硬體.在圖2的系統中，數據傳輸過程中的未知網絡時延對於系統的穩定性和控制性能 質量有著顯著的影響.網絡串級控制系統的數據傳輸經歷著從主變送器節點經外反饋網 絡通路傳輸到主控制器節點所產生的未知網絡時延t2，從主控制器節點經外前向網絡通 路傳輸到副控制器節點所產生的未知網絡時延T工，從副控制器節點經內前向網絡通路傳 輸到執行器節點所產生的未知網絡時延T 3,以及從副變送器節點經內反饋網絡通路傳輸 到副控制器節點所產生的未知網絡時延t4的影響.時延與具體的網絡協議、網絡負載大 小以及網絡拓撲結構等因素有關，對於網絡時延的測量、或估計、或觀測、或辨識已成為實 現對其補償的關鍵前提條件.然而，通過網絡連接的各個節點的分布性使得網絡串級控制 系統中的各個節點很難滿足時鐘信號同步的要求.同時，由於網絡時延的未知和突發性， 要做到每一步都能準確預測是不可能的.在圖3的系統中，既不包含從主變送器節點經外反饋網絡通路傳輸到主控制器節 點之間的網絡時延預估模型，也不包含從主控制器節點經外前向網絡通路傳輸到副控制器 節點之間的網絡時延預估模型；同時也不包含從副控制器節點經內前向網絡通路傳輸到執 行器節點之間的網絡時延預估模型，以及從副變送器節點經內反饋網絡通路傳輸到副控制 器節點之間的網絡時延預估模型.進而免除了對未知網絡時延^和t2，13和14的測量、 估計、觀測或辨識，同時也免除了對(主變送器、副變送器、主控制器、副控制器、執行器)節 點時鐘信號同步的要求.當主副被控對象預估模型與其真實模型，以及副控制器及其預估 模型相等時，可實現從系統的輸入信號R(s)到系統的輸出信號Yjs)的閉環傳遞函數中， 將網絡時延^和t2，13和14的指數項￡，和^￥，廣「和^々從分母中消除，即實現閉環特 徵方程中不包含網絡時延^和t2，13和14的指數項，從而降低了時延對系統穩定性的 影響，提高了系統的控制性能質量，實現對未知網絡時延的補償與控制.
具體實施例方式下面將通過參照附圖3詳細描述本發明的示例性實施例，使本領域的普通技術人 員更清楚本發明的上述及其它特徵和優點.具體實施步驟如下所述第一步工作於時間驅動方式的主變送器節點對主被控對象&(8)的輸出信號 Yjs)進行周期採樣(採樣周期為h)；第二步主變送器節點將Yjs)通過外迴路反饋網絡通路傳輸到主控制器節點；第三步工作於事件驅動方式的主控制器節點，被信號Yjs)所觸發；將系統給定 信號R(S)與仏)相加減，得到誤差信號力⑷；並將ei(s)通過外迴路前向網絡通路傳輸 到副控制器節點；第四步工作於時間驅動方式的副變送器節點對副被控對象62(8)的輸出信號 Y2(S)進行周期採樣(採樣周期為h2)；並將Y2(S)通過內迴路反饋網絡通路傳輸到副控制 器節點；
第五步工作於事件驅動方式的副控制器節點，被信號ei(s)或(和)Y2(S)所觸 發；將ei(s) %Y2(S)相加減，得到誤差信號^⑷；將e2(s)通過內迴路前向網絡通路向執 行器節點傳輸；第六步工作於事件驅動方式的執行器節點，被e2(s)所觸發；將e2(s)與1(8)相 減，得到誤差信號e3(s)；對e3(s)實施控制算法Cjs)，其輸出為…⑷；將Ul (s)與Y2 (s)相 減，得到誤差信號e4(s)；對e4(s)實施控制算法C2(s)，其輸出為 ⑷；將u2(s)驅動執行 機構，從而改變副被控對象G2(s)的狀態，進而改變主被控對象&(8)的狀態；第七步返回第一步.以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內.本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種網絡串級控制系統未知網絡時延的補償方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1).當主變送器節點被採樣周期h觸發時，將採用方式A進行工作；(2).當主變送器節點將主被控對象&(8)的輸出信號Yjs)通過外反饋網絡通路向主 控制器節點傳輸時，將採用方式B進行工作；(3).當副變送器節點被採樣周期h2觸發時，將採用方式C進行工作；(4).當副變送器節點將副被控對象62(8)的輸出信號Yjs)通過內反饋網絡通路向副 控制器節點傳輸時，將採用方式D進行工作；(5).當主控制器節點被信號1(8)觸發時，將採用方式E進行工作；(6).當主控制器節點通過外前向網絡通路將誤差信號ei(s)向副控制器節點傳輸時， 將採用方式F進行工作；(7).當副控制器節點被信號1(8)或(和)信號ei(s)所觸發時，將採用方式G進行 工作；(8).當副控制器節點通過內前向網絡通路將信號62(8)向執行器節點傳輸時，將採用 方式H進行工作；(9).當執行器節點被信號e2(s)觸發時，將採用方式I進行工作.
2.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式A的步驟包括 A1 主變送器節點工作於時間驅動方式，其觸發採樣周期為、；A2:主變送器節點被觸發後，對主被控對象Gjs)的輸出信號Yjs)進行採樣.
3.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式B的步驟包括 B1 主變送器節點將信號A (s)，通過外反饋網絡通路向主控制器節點傳輸.
4.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式C的步驟包括 C1 副變送器節點工作於時間驅動方式，其觸發採樣周期為h2 ；C2:副變送器節點被觸發後，對副被控對象G2(s)的輸出信號Y2(S)進行採樣.
5.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式D的步驟包括 D1 副變送器節點將信號Y2(s)，通過內反饋網絡通路向副控制器節點傳輸.
6.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式E的步驟包括E1 主控制器節點工作於事件驅動方式，並被來自外反饋網絡通路的信號Yjs)觸發； E2 將系統給定信號R(s)與1(8)相加減，得到外迴路系統誤差信號ei(s).
7.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式F的步驟包括F1 主控制器節點將誤差信號ei(s)，通過外前向網絡通路向副控制器節點傳輸.
8.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式G的步驟包括G1 副控制器節點工作於事件驅動方式，並被來自內反饋網絡通路的信號Y2(s)或 (和)來自外前向網絡通路的信號ejs)觸發；G2 將力⑷與信號Y2(s)相加減，得到內迴路誤差信號e2(s).
9.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式H的步驟包括氏副控制器節點將誤差信號e2(s)，通過內前向網絡通路向執行器節點傳輸.
10.根據權利要求1所述的補償方法，其特徵在於所述方式I的步驟包括 II 執行器節點工作於事件驅動方式；(12執行器節點被誤差信號e2(s)觸發；(13將e2(s)和Y「s)相減，得到誤差信號e3(s)；(14:將e3(s)實施主控制算法(^(8)，得到控制信號Ul(s)；(15將屮⑷禾PY2(s)相減，得到誤差信號e4(s)；(16將e4(s)作用於副控制算法C2(s)，得到控制信號u2(s)；(I7:將U2(s)作為驅動信號，對副被控對象62(8)實施控制；從而改變G2(S)的狀態，進 而改變Gjs)的狀態，實現對^⑷%G2(S)的控制作用.
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於系統包含主變送器節點、副變送器節點、 主控制器節點、副控制器節點、執行器節點、主被控對象和副被控對象等單元，各單元依照 各自設定的工作方式和功能進行工作.
12.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於用所有真實的外迴路網絡通路的數據傳 輸過程代替其間網絡時延補償模型；用所有真實的內迴路網絡通路的數據傳輸過程代替其 間網絡時延補償模型，從而在結構上實現系統不包含網絡時延的補償模型.
13.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於從結構上免除對所有網絡節點之間網絡 時延的測量、觀測、估計或辨識；免除對所有網絡節點時鐘信號同步的要求.
14.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於從結構上實現網絡時延補償方法的實施 與具體控制策略(^(8) ^P C2(s)的選擇無關，與具體網絡通信協議的選擇無關.
15.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於當無需確知主副被控對象的數學模型，從 結構上就可實現對網絡串級控制系統外迴路和內迴路網絡通路未知網絡時延的完全補償， 提高系統的控制性能質量.
16.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於採用的是「軟」改變控制系統結構的補償 方法，無需再增加任何硬體設備，利用現有網絡串級控制系統智能節點自帶的軟體資源，就 足以實現其補償功能.
17.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於方式A適用於主變送器節點周期採樣；方 式B適用於主變送器節點傳輸網絡數據；方式C適用於副變送器節點周期採樣；方式D適用 於副變送器節點傳輸網絡數據；方式E適用於主控制器節點對信號進行處理；方式F適用 於主控制器節點傳輸網絡數據；方式G適用於副控制器節點對信號進行處理；方式H適用 於副控制器節點傳輸網絡數據；方式I適用於執行器節點對副被控對象G2(s)實施控制，並 對信號進行處理。
全文摘要
本發明提出一種網絡串級控制系統未知網絡時延的補償方法，屬於網絡控制系統技術領域.它採用真實的網絡串級控制系統所有前向與反饋網絡通路節點之間的網絡數據傳輸過程，代替其間網絡時延補償模型，免除對節點之間網絡數據傳輸未知時延的測量、觀測、估計或辨識，免除對節點時鐘信號同步的要求.採用本方法可降低未知網絡時延對系統穩定性的影響，改善系統控制性能品質.本發明適用於主副被控對象數學模型已知或不確知，系統存在未知幹擾，網絡存在一定量的數據丟包，網絡同時存在於網絡串級控制系統的所有前向與反饋通路中的未知網絡時延的動態補償與控制。
文檔編號G05B19/418GK102004480SQ20101055761
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者杜文才, 杜鋒 申請人:海南大學