一種二輸入二輸出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)延補(bǔ)償SPC(Smith Predictor Control，SPC)和IMC(Internal Model Control，IMC)方法，涉及自動(dòng)控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的交叉領(lǐng)域，尤其涉及帶寬資源有限的多輸入多輸出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的發(fā)展，以及生產(chǎn)過(guò)程控制日益大型化、廣域化、復(fù)雜化及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked control systems，NCS)是指基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，NCS的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

NCS可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜大系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制，節(jié)點(diǎn)資源共享，增加系統(tǒng)的柔性和可靠性，近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制、電力系統(tǒng)、石油化工、軌道交通、航空航天、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。

在NCS中，當(dāng)傳感器、控制器和執(zhí)行器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可能存在多包傳輸、多路徑傳輸、數(shù)據(jù)碰撞，網(wǎng)絡(luò)擁塞甚至連接中斷等現(xiàn)象，使得NCS面臨諸多新的挑戰(zhàn)。尤其是網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的存在，可降低NCS的控制質(zhì)量，甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于NCS的研究，主要是針對(duì)單輸入單輸出(Single-input and single-output，SISO)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，分別在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延恒定、未知或隨機(jī)，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小于一個(gè)采樣周期或大于一個(gè)采樣周期，單包傳輸或多包傳輸，有無(wú)數(shù)據(jù)包丟失等情況下，對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建?；蚍€(wěn)定性分析與控制。但是，針對(duì)實(shí)際工業(yè)過(guò)程中，普遍存在的至少包含兩個(gè)輸入與兩個(gè)輸出(Two-input and two-output，TITO)所構(gòu)成的多輸入多輸出(Multiple-input and multiple-output，MIMO)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究則相對(duì)較少，尤其是針對(duì)基于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的時(shí)延補(bǔ)償方法的研究成果則相對(duì)更少。

MIMO-NCS的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

與SISO-NCS相比，MIMO-NCS具有以下特點(diǎn)：

(1)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間彼此影響并可能產(chǎn)生耦合作用

在MIMO-NCS中，一個(gè)輸入信號(hào)的變化可以使得多個(gè)輸出信號(hào)發(fā)生變化，而各個(gè)輸出信號(hào)也不只受到一個(gè)輸入信號(hào)的影響。即使輸入與輸出信號(hào)之間經(jīng)過(guò)精心選擇配對(duì)，各控制回路之間也難免存在著相互影響，因而要使輸出信號(hào)獨(dú)立地跟蹤各自的輸入信號(hào)是有困難的。

(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)要比SISO-NCS復(fù)雜得多

(3)被控對(duì)象存在不確定性的因素較多

在MIMO-NCS中，涉及的參數(shù)較多，各控制回路間的聯(lián)系較多，被控對(duì)象參數(shù)變化對(duì)整體控制性能的影響會(huì)變得較為復(fù)雜。

(4)控制部件失效的可能性較大

在MIMO-NCS中，至少包含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的閉環(huán)控制回路，并且至少包含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感器和執(zhí)行器。每一個(gè)元件的失效都可能影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至造成重大事故。

由于MIMO-NCS的上述特殊性，使得基于SISO-NCS進(jìn)行設(shè)計(jì)與控制的方法，已無(wú)法滿足MIMO-NCS的控制性能與控制質(zhì)量的要求，使其不能或不能直接應(yīng)用于MIMO-NCS的設(shè)計(jì)與控制中，給MIMO-NCS的設(shè)計(jì)與分析帶來(lái)了困難。

對(duì)于MIMO-NCS，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延補(bǔ)償與控制的難點(diǎn)主要在于：

(1)由于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)包大小等因素有關(guān)，對(duì)大于數(shù)個(gè)乃至數(shù)十個(gè)采樣周期的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，要建立MIMO-NCS中各個(gè)控制回路的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)、估計(jì)或辨識(shí)的數(shù)學(xué)模型，目前是有困難的。

(2)發(fā)生在MIMO-NCS中，前一個(gè)節(jié)點(diǎn)向后一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，在前一個(gè)節(jié)點(diǎn)中無(wú)論采用何種預(yù)測(cè)或估計(jì)方法，都不可能事先提前知道其后產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的準(zhǔn)確值。時(shí)延導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時(shí)也給控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。

(3)要滿足MIMO-NCS中，不同分布地點(diǎn)的所有節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào)完全同步是不現(xiàn)實(shí)的。

(4)由于MIMO-NCS中，輸入與輸出信號(hào)之間彼此影響，并可能產(chǎn)生耦合作用，系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)比SISO-NCS復(fù)雜，存在的不確定性因素較多，各控制回路的控制性能質(zhì)量?jī)?yōu)劣與其穩(wěn)定性問(wèn)題將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能質(zhì)量與穩(wěn)定性產(chǎn)生影響和制約，其實(shí)施時(shí)延補(bǔ)償與控制要比SISO-NCS困難得多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及MIMO-NCS中的一種二輸入二輸出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TITO-NCS)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的補(bǔ)償與控制，其TITO-NCS的典型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

針對(duì)圖3中的閉環(huán)控制回路1：

1)從輸入信號(hào)x₁(s)到輸出信號(hào)y₁(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

式中：C₁(s)是控制器，G₁₁(s)是被控對(duì)象；τ₁表示將控制信號(hào)u₁(s)從C₁(s)控制器所在的C1節(jié)點(diǎn)，經(jīng)前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸?shù)綀?zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延；τ₂表示將輸出信號(hào)y₁(s)從傳感器S1節(jié)點(diǎn)，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸?shù)紺₁(s)控制器所在的C1節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

2)來(lái)自閉環(huán)控制回路2執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)u₂(s)，通過(guò)被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)影響閉環(huán)控制回路1的輸出信號(hào)y₁(s)，從輸入信號(hào)u₂(s)到輸出信號(hào)y₁(s)之間閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

上述閉環(huán)傳遞函數(shù)等式(1)和(2)的分母中，包含了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的指數(shù)項(xiàng)和時(shí)延的存在將惡化控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。

針對(duì)圖3中的閉環(huán)控制回路2：

1)從輸入信號(hào)x₂(s)到輸出信號(hào)y₂(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

式中：C₂(s)是控制器，G₂₂(s)是被控對(duì)象；τ₃表示將控制信號(hào)u₂(s)從C₂(s)控制器所在的C2節(jié)點(diǎn)，經(jīng)前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸?shù)綀?zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延；τ₄表示將輸出信號(hào)y₂(s)從傳感器S2節(jié)點(diǎn)，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸?shù)紺₂(s)控制器所在的C2節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

2)來(lái)自閉環(huán)控制回路1執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)u₁(s)，通過(guò)被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)影響閉環(huán)控制回路2的輸出信號(hào)y₂(s)，從輸入信號(hào)u₁(s)到輸出信號(hào)y₂(s)之間閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

上述閉環(huán)傳遞函數(shù)等式(3)和(4)的分母中，包含了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的指數(shù)項(xiàng)和時(shí)延的存在將惡化控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。

發(fā)明目的：

針對(duì)圖3的TITO-NCS，其閉環(huán)控制回路1的傳遞函數(shù)等式(1)和(2)的分母中，均包含了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的指數(shù)項(xiàng)和以及閉環(huán)控制回路2的傳遞函數(shù)等式(3)和(4)的分母中，均包含了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的指數(shù)項(xiàng)和

由于閉環(huán)控制回路1的輸出信號(hào)y₁(s)不僅受到其輸入信號(hào)x₁(s)的影響，同時(shí)還受到閉環(huán)控制回路2的輸入信號(hào)x₂(s)的影響；與此同時(shí)，閉環(huán)控制回路2的輸出信號(hào)y₂(s)不僅受到其輸入信號(hào)x₂(s)的影響，同時(shí)也受到閉環(huán)控制回路1的輸入信號(hào)x₁(s)的影響。網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的存在會(huì)降低各自閉環(huán)控制回路的控制性能質(zhì)量并影響各自閉環(huán)控制回路的穩(wěn)定性，同時(shí)也將降低整個(gè)系統(tǒng)的控制性能質(zhì)量并影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。

為此，針對(duì)圖3中的閉環(huán)控制回路1：本發(fā)明提出一種基于動(dòng)態(tài)前饋加SPC(Smith Predictor Control)的時(shí)延補(bǔ)償方法；針對(duì)閉環(huán)控制回路2：本發(fā)明提出一種動(dòng)態(tài)前饋加IMC(Internal Model Control)的時(shí)延補(bǔ)償方法；構(gòu)成兩閉環(huán)控制回路網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的補(bǔ)償與控制，用于免除對(duì)各閉環(huán)控制回路中，節(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的測(cè)量、估計(jì)或辨識(shí)，進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂，以及τ₃和τ₄對(duì)各自閉環(huán)控制回路以及對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)控制性能質(zhì)量與系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；可實(shí)現(xiàn)各自閉環(huán)控制回路的特征方程中不包含網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的指數(shù)項(xiàng)，進(jìn)而可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)TITO-NCS網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的分段、實(shí)時(shí)、在線和動(dòng)態(tài)的預(yù)估補(bǔ)償與SPC和IMC。

采用方法：

針對(duì)圖3中的閉環(huán)控制回路1：

第一步：為了實(shí)現(xiàn)滿足預(yù)估補(bǔ)償條件時(shí)，閉環(huán)控制回路1的閉環(huán)特征方程中不再包含網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的指數(shù)項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的補(bǔ)償與控制，在控制器C1節(jié)點(diǎn)中，采用以控制信號(hào)u₁(s)作為輸入信號(hào)，被控對(duì)象預(yù)估模型G_11m(s)作為被控過(guò)程，控制與過(guò)程數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延預(yù)估模型以及圍繞控制器C₁(s)，構(gòu)造一個(gè)正反饋預(yù)估控制回路和一個(gè)負(fù)反饋預(yù)估控制回路；在被控對(duì)象G₁₁(s)端，構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₁₂(s)，用于降低來(lái)自閉環(huán)控制回路2的干擾信號(hào)u_2p(s)通過(guò)交叉干擾通道G₁₂(s)對(duì)閉環(huán)控制回路1動(dòng)態(tài)性能的影響，同時(shí)D₁₂(s)兼有解耦控制作用；實(shí)施本步驟的結(jié)構(gòu)如圖4所示；

第二步：針對(duì)實(shí)際TITO-NCS中，難以獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)延準(zhǔn)確值的問(wèn)題，在圖4中要實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的補(bǔ)償與IMC，除了要滿足被控對(duì)象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型的條件外，還必須滿足網(wǎng)絡(luò)時(shí)延預(yù)估模型以及要等于其真實(shí)模型以及的條件。為此，從傳感器S1節(jié)點(diǎn)到控制器C1節(jié)點(diǎn)之間，以及從控制器C1節(jié)點(diǎn)到執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)之間，采用真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程以及代替其間網(wǎng)絡(luò)時(shí)延預(yù)估補(bǔ)償模型以及因而無(wú)論被控對(duì)象的預(yù)估模型是否等于其真實(shí)模型，都可以從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)不包含其間網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的預(yù)估補(bǔ)償模型，從而免除對(duì)閉環(huán)控制回路1中，節(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的測(cè)量、估計(jì)或辨識(shí)；當(dāng)預(yù)估模型等于其真實(shí)模型時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的補(bǔ)償與SPC；實(shí)施本發(fā)明方法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延補(bǔ)償與SPC結(jié)構(gòu)如圖5所示；

針對(duì)圖3中的閉環(huán)控制回路2：

第一步：在控制器C2節(jié)點(diǎn)中，構(gòu)建一個(gè)內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)取代控制器C₂(s)；為了實(shí)現(xiàn)滿足預(yù)估補(bǔ)償條件時(shí)，閉環(huán)控制回路2的閉環(huán)特征方程不再包含網(wǎng)絡(luò)時(shí)延指數(shù)項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的補(bǔ)償與控制，圍繞被控對(duì)象G₂₂(s)，以閉環(huán)控制回路2輸出y₂(s)作為輸入信號(hào)，將y₂(s)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延預(yù)估模型和預(yù)估內(nèi)?？刂破鰿_2mIMC(s)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延預(yù)估模型構(gòu)造一個(gè)正反饋預(yù)估控制回路；與此同時(shí)，在被控對(duì)象G₂₂(s)端，構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₂₁(s)，用于降低來(lái)自閉環(huán)控制回路1的干擾信號(hào)u_1p(s)通過(guò)交叉干擾通道G₂₁(s)對(duì)閉環(huán)控制回路2動(dòng)態(tài)性能的影響，同時(shí)D₂₁(s)兼有解耦控制作用；實(shí)施本步驟的結(jié)構(gòu)如圖4所示；

第二步：針對(duì)實(shí)際TITO-NCS中，難以獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)延準(zhǔn)確值的問(wèn)題，在圖4中要實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的補(bǔ)償與控制，必須滿足網(wǎng)絡(luò)時(shí)延預(yù)估模型和要等于其真實(shí)模型和的條件，以及滿足預(yù)估內(nèi)?？刂破鰿_2mIMC(s)等于其內(nèi)模控制器C_2IMC(s)的條件(由于內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)是人為設(shè)計(jì)與選擇，自然滿足C_2mIMC(s)＝C_2IMC(s))。為此，從傳感器S2節(jié)點(diǎn)到控制器C2節(jié)點(diǎn)之間，以及從控制器C2節(jié)點(diǎn)到執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)之間，采用真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程和代替其間網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的預(yù)估補(bǔ)償模型和得到圖5所示的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延補(bǔ)償與控制結(jié)構(gòu)；

第三步：將圖5中內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)，按傳遞函數(shù)等價(jià)變換規(guī)則進(jìn)一步化簡(jiǎn)，得到圖6所示的實(shí)施本發(fā)明方法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延補(bǔ)償與控制結(jié)構(gòu)；從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不包含其間網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的預(yù)估補(bǔ)償模型，從而免除對(duì)閉環(huán)控制回路2中，節(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的測(cè)量、估計(jì)或辨識(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的補(bǔ)償與IMC；實(shí)施本發(fā)明方法的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延補(bǔ)償與IMC結(jié)構(gòu)如圖6所示。

在此需要特別說(shuō)明的是，在圖6的控制器C2節(jié)點(diǎn)中，出現(xiàn)了閉環(huán)控制回路2的給定信號(hào)x₂(s)，與其反饋信號(hào)y₂(s)實(shí)施先“減”后“加”，或先“加”后“減”的運(yùn)算規(guī)則，即y₂(s)信號(hào)同時(shí)經(jīng)過(guò)正反饋和負(fù)反饋連接到控制器C2節(jié)點(diǎn)中：

(1)這是由于將圖5中的內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)，按照傳遞函數(shù)等價(jià)變換規(guī)則進(jìn)一步化簡(jiǎn)得到圖6所示的結(jié)果，并非人為設(shè)置；

(2)由于NCS的節(jié)點(diǎn)幾乎都是智能節(jié)點(diǎn)，不僅具有通信與運(yùn)算功能，而且還具有存儲(chǔ)與控制等功能，在節(jié)點(diǎn)中對(duì)同一個(gè)信號(hào)進(jìn)行先“減”后“加”，或先“加”后“減”，這在運(yùn)算法則上不會(huì)有什么不符合規(guī)則之處；

(3)在節(jié)點(diǎn)中對(duì)同一個(gè)信號(hào)進(jìn)行“加”與“減”運(yùn)算其結(jié)果值為“零”，這個(gè)“零”值，并不表明在該節(jié)點(diǎn)中信號(hào)y₂(s)就不存在，或沒(méi)有得到y(tǒng)₂(s)信號(hào)，或信號(hào)沒(méi)有被貯存；或因“相互抵消”導(dǎo)致“零”信號(hào)值就變成不存在，或沒(méi)有意義；

(4)控制器C2節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)就來(lái)自于信號(hào)y₂(s)的驅(qū)動(dòng)，如果控制器C2節(jié)點(diǎn)沒(méi)有接收到來(lái)自反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)y₂(s)，則處于事件驅(qū)動(dòng)工作方式的控制器C2節(jié)點(diǎn)將不會(huì)被觸發(fā)。

對(duì)于圖6中的閉環(huán)控制回路1：

1)從輸入信號(hào)x₁(s)到輸出信號(hào)y₁(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

式中：G_11m(s)是被控對(duì)象G₁₁(s)的預(yù)估模型；C₁(s)是控制器。

2)來(lái)自于閉環(huán)控制回路2中執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)的信號(hào)u_2p(s)，通過(guò)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₁₂(s)作用于閉環(huán)控制回路1；與此同時(shí)，信號(hào)u_2p(s)通過(guò)交叉干擾通道G₁₂(s)作用于閉環(huán)控制回路1；從輸入信號(hào)u_2p(s)到輸出信號(hào)y₁(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

采用本發(fā)明方法，當(dāng)被控對(duì)象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型，即當(dāng)G_11m(s)＝G₁₁(s)時(shí)，閉環(huán)控制回路1的閉環(huán)特征方程由變成1+C₁(s)G₁₁(s)＝0，其閉環(huán)特征方程中已經(jīng)不再包含影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的指數(shù)項(xiàng)和從而可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制性能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)前饋控制加SPC。

對(duì)于圖6中的閉環(huán)控制回路2：

1)從輸入信號(hào)x₂(s)到輸出信號(hào)y₂(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

式中：C_2IMC(s)是內(nèi)?？刂破?。

2)來(lái)自于閉環(huán)控制回路1中執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的信號(hào)u_1p(s)，通過(guò)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₂₁(s)作用于閉環(huán)控制回路2；與此同時(shí)，信號(hào)u_1p(s)通過(guò)交叉干擾通道G₂₁(s)作用于閉環(huán)控制回路2；從輸入信號(hào)u_1p(s)到輸出信號(hào)y₂(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

采用本發(fā)明方法，傳遞函數(shù)等式(7)和(8)的分母為1+C_2IMC(s)G₂₂(s)，閉環(huán)控制回路2的閉環(huán)特征方程為1+C_2IMC(s)G₂₂(s)＝0，閉環(huán)特征方程中不再包含影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的指數(shù)項(xiàng)和從而可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制性能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)前饋控制加IMC。

在閉環(huán)控制回路1中，控制器C₁(s)的選擇：

控制器C₁(s)可根據(jù)被控對(duì)象G₁₁(s)的數(shù)學(xué)模型，以及模型參數(shù)的變化，既可選擇常規(guī)控制策略，亦可選擇智能控制或復(fù)雜控制策略；閉環(huán)控制回路1采用SPC方法，從TITO-NCS結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)與具體控制器C₁(s)的控制策略的選擇無(wú)關(guān)。

在閉環(huán)控制回路2中，內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)的設(shè)計(jì)與選擇：

設(shè)計(jì)內(nèi)模控制器一般采用零極點(diǎn)相消法，即兩步設(shè)計(jì)法：第一步是設(shè)計(jì)一個(gè)取之為被控對(duì)象模型的逆模型作為前饋控制器C₂₂(s)；第二步是在前饋控制器中添加一定階次的前饋濾波器f₂(s)，構(gòu)成一個(gè)完整的內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)。

(1)前饋控制器C₂₂(s)

先忽略被控對(duì)象與被控對(duì)象模型不完全匹配時(shí)的誤差、系統(tǒng)的干擾及其它各種約束條件等因素，選擇閉環(huán)控制回路2中，被控對(duì)象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型,即：G_22m(s)＝G₂₂(s)。

此時(shí)，被控對(duì)象預(yù)估模型可以根據(jù)被控對(duì)象的零極點(diǎn)分布狀況劃分為：G_22m(s)＝G_22m+(s)G_22m-(s)，其中：G_22m+(s)為被控對(duì)象預(yù)估模型G_22m(s)中包含純滯后環(huán)節(jié)和s右半平面零極點(diǎn)的不可逆部分；G_22m-(s)為被控對(duì)象預(yù)估模型中的最小相位可逆部分。

通常情況下，閉環(huán)控制回路2的前饋控制器C₂₂(s)可選取為：

(2)前饋濾波器f₂(s)

由于被控對(duì)象中的純滯后環(huán)節(jié)和位于s右半平面的零極點(diǎn)會(huì)影響前饋控制器的物理實(shí)現(xiàn)性，因而在前饋控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中只取了被控對(duì)象最小相位的可逆部分G_22m-(s)，忽略了G_22m+(s)；由于被控對(duì)象與被控對(duì)象預(yù)估模型之間可能不完全匹配而存在誤差，系統(tǒng)中還可能存在干擾信號(hào)，這些因素都有可能使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。為此，在前饋控制器中添加一定階次的前饋濾波器，用于降低以上因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，提高系統(tǒng)的魯棒性。

通常把閉環(huán)控制回路2的前饋濾波器f₂(s)，選取為比較簡(jiǎn)單的n₂階濾波器其中：λ₂為前饋濾波器時(shí)間常數(shù)；n₂為前饋濾波器的階次，且n₂＝n_2a-n_2b；n_2a為被控對(duì)象G₂₂(s)分母的階次；n_2b為被控對(duì)象G₂₂(s)分子的階次，通常n₂＞0。

(3)內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)

閉環(huán)控制回路2的內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)可選取為:

從等式(9)中可以看出：一個(gè)自由度的內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)中，都只有一個(gè)可調(diào)節(jié)參數(shù)λ₂；由于λ₂參數(shù)的變化與系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾能力都有著直接的關(guān)系，因此在整定濾波器的可調(diào)節(jié)參數(shù)λ₂時(shí),一般需要在系統(tǒng)的跟蹤性與抗干擾能力兩者之間進(jìn)行折衷。

在閉環(huán)控制回路1和回路2中，動(dòng)態(tài)前饋控制器D₁₂(s)和D₂₁(s)的選擇：

影響閉環(huán)控制回路1和回路2控制性能質(zhì)量的干擾信號(hào)u_2p(s)和u_1p(s)，通過(guò)交叉干擾通道G₁₂(s)和G₂₁(s)作用于閉環(huán)控制回路1和回路2，采用動(dòng)態(tài)前饋控制器D₁₂(s)和D₂₁(s)用于降低干擾信號(hào)對(duì)閉環(huán)控制回路1和回路2動(dòng)態(tài)性能的影響。通常情況下，可選擇D₁₂(s)＝G₁₂(s)/G₁₁(s)，D₂₁(s)＝G₂₁(s)/G₂₂(s)。

本發(fā)明的適用范圍：

適用于控制回路1中被控對(duì)象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型，以及控制回路2中被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型已知或不確知的一種二輸入二輸出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TITO-NCS)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延補(bǔ)償與SPC和IMC；其研究思路與方法，同樣也適用于控制回路中被控對(duì)象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型時(shí)采用SPC，以及控制回路中被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型已知或不確知采用IMC的多輸入多輸出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(MIMO-NCS)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延補(bǔ)償與控制。

本發(fā)明的特征在于該方法包括以下步驟：

對(duì)于閉環(huán)控制回路1：

(1).當(dāng)傳感器S1節(jié)點(diǎn)被周期為h₁的采樣信號(hào)觸發(fā)時(shí)，將采用方式A進(jìn)行工作；

(2).當(dāng)控制器C1節(jié)點(diǎn)被反饋信號(hào)y_1b(s)觸發(fā)時(shí)，將采用方式B進(jìn)行工作；

(3).當(dāng)執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)被控制信號(hào)u₁(s)觸發(fā)時(shí)，將采用方式C進(jìn)行工作；

對(duì)于閉環(huán)控制回路2：

(4).當(dāng)傳感器S2節(jié)點(diǎn)被周期為h₂的采樣信號(hào)觸發(fā)時(shí)，將采用方式D進(jìn)行工作；

(5).當(dāng)控制器C2節(jié)點(diǎn)被反饋信號(hào)y₂(s)觸發(fā)時(shí)，將采用方式E進(jìn)行工作；

(6).當(dāng)執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)被IMC信號(hào)u₂(s)觸發(fā)時(shí)，將采用方式F進(jìn)行工作；

方式A的步驟包括：

A1：傳感器S1節(jié)點(diǎn)工作于時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，其觸發(fā)信號(hào)為周期h₁的采樣信號(hào)；

A2：傳感器S1節(jié)點(diǎn)被觸發(fā)后，對(duì)被控對(duì)象G₁₁(s)的輸出信號(hào)y₁₁(s)和被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)的輸出信號(hào)y₁₂(s)，以及執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)y_11mb(s)進(jìn)行采樣，并計(jì)算出閉環(huán)控制回路1的系統(tǒng)輸出信號(hào)y₁(s)和反饋信號(hào)y_1b(s)，且y₁(s)＝y(tǒng)₁₁(s)+y₁₂(s)和y_1b(s)＝y(tǒng)₁(s)-y_11mb(s)；

A3：將反饋信號(hào)y_1b(s)，通過(guò)閉環(huán)控制回路1的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制器C1節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號(hào)y_1b(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₂后，才能到達(dá)控制器C1節(jié)點(diǎn)；

方式B的步驟包括：

B1：控制器C1節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被反饋信號(hào)y_1b(s)所觸發(fā)；

B2：在控制器C1節(jié)點(diǎn)中，將閉環(huán)控制回路1的系統(tǒng)給定信號(hào)x₁(s)，減去反饋信號(hào)y_1b(s)與被控對(duì)象傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_11m(s)的輸出信號(hào)y_11ma(s)，得到偏差信號(hào)e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_1b(s)-y_11ma(s)；

B3：對(duì)e₁(s)實(shí)施控制算法C₁(s)，得到控制信號(hào)u₁(s)；將控制信號(hào)u₁(s)作用于被控對(duì)象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11ma(s)；

B4：將控制信號(hào)u₁(s)通過(guò)閉環(huán)控制回路1的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元向執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)傳輸，u₁(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₁后，才能到達(dá)執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)；

方式C的步驟包括：

C1：執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被控制信號(hào)u₁(s)所觸發(fā)；

C2：在執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)中，將控制信號(hào)u₁(s)作用于被控對(duì)象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11mb(s)；將控制信號(hào)u₁(s)與來(lái)自于閉環(huán)控制回路2執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)的信號(hào)u_2p(s)通過(guò)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₁₂(s)的輸出值u_d12(s)相減得到信號(hào)u_1p(s)，即u_1p(s)＝u₁(s)-u_d12(s)；

C3：將信號(hào)u_1p(s)作用于被控對(duì)象G₁₁(s)得到其輸出值y₁₁(s)；將信號(hào)u_1p(s)作用于被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)得到其輸出值y₂₁(s)；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象G₁₁(s)和G₂₁(s)的動(dòng)態(tài)前饋控制加SPC，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的補(bǔ)償與控制；

方式D的步驟包括：

D1：傳感器S2節(jié)點(diǎn)工作于時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，其觸發(fā)信號(hào)為周期h₂的采樣信號(hào)；

D2：傳感器S2節(jié)點(diǎn)被觸發(fā)后，被控對(duì)象G₂₂(s)的輸出信號(hào)y₂₂(s)和被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)的輸出信號(hào)y₂₁(s)進(jìn)行采樣，并計(jì)算出閉環(huán)控制回路2的系統(tǒng)輸出信號(hào)y₂(s)，且y₂(s)＝y(tǒng)₂₂(s)+y₂₁(s)；

D3：將反饋信號(hào)y₂(s)，通過(guò)閉環(huán)控制回路2的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制器C2節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號(hào)y₂(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₄后，才能到達(dá)控制器C2節(jié)點(diǎn)；

方式E的步驟包括：

E1：控制器C2節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被反饋信號(hào)y₂(s)所觸發(fā)；

E2：在控制器C2節(jié)點(diǎn)中，將閉環(huán)控制回路2系統(tǒng)給定信號(hào)x₂(s)，與反饋信號(hào)y₂(s)相加并相減后，得到信號(hào)e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)+y₂(s)-y₂(s)＝x₂(s)；對(duì)e₂(s)實(shí)施內(nèi)?？刂扑惴–_2IMC(s)，得到IMC信號(hào)u₂(s)；

E3：將IMC信號(hào)u₂(s)通過(guò)閉環(huán)控制回路2的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元向執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)傳輸，u₂(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₃后，才能到達(dá)執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)；

方式F的步驟包括：

F1：執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被IMC信號(hào)u₂(s)所觸發(fā)；

F2：將IMC信號(hào)u₂(s)與來(lái)自于閉環(huán)控制回路1執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)u_1p(s)通過(guò)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₂₁(s)的輸出信號(hào)u_d21(s)相減得到信號(hào)u_2p(s)，即u_2p(s)＝u₂(s)-u_d21(s)；

F3：將信號(hào)u_2p(s)作用于被控對(duì)象G₂₂(s)得到其輸出值y₂₂(s)；將信號(hào)u_2p(s)作用于被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)得到其輸出值y₁₂(s)；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象G₂₂(s)和G₁₂(s)的動(dòng)態(tài)前饋控制加IMC，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的補(bǔ)償與控制。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1、由于從結(jié)構(gòu)上免除對(duì)TITO-NCS中，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的測(cè)量、觀測(cè)、估計(jì)或辨識(shí)，同時(shí)還可免除節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào)同步的要求，可避免時(shí)延估計(jì)模型不準(zhǔn)確造成的估計(jì)誤差，避免對(duì)時(shí)延辨識(shí)所需耗費(fèi)節(jié)點(diǎn)存貯資源的浪費(fèi)，同時(shí)還可避免由于時(shí)延造成的“空采樣”或“多采樣”帶來(lái)的補(bǔ)償誤差。

2、由于從TITO-NCS結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)與具體的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的選擇無(wú)關(guān)，因而既適用于采用有線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的TITO-NCS，亦適用于采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的TITO-NCS；既適用于確定性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，亦適用于非確定性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；既適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的TITO-NCS，同時(shí)亦適用于異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的TITO-NCS。

3、TITO-NCS中的控制回路1：采用動(dòng)態(tài)前饋控制加SPC，由于從TITO-NCS結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)與具體控制器C₁(s)的控制策略的選擇無(wú)關(guān)，因而既可用于采用常規(guī)控制的TITO-NCS，亦可用于采用智能控制或采用復(fù)雜控制策略的TITO-NCS；采用動(dòng)態(tài)前饋控制器D₁₂(s)，可以降低來(lái)自閉環(huán)控制回路2的干擾信號(hào)u_2p(s)通過(guò)交叉干擾通道G₁₂(s)對(duì)閉環(huán)控制回路1動(dòng)態(tài)性能的影響，同時(shí)D₁₂(s)兼有解耦控制作用。

4、TITO-NCS中的控制回路2：采用動(dòng)態(tài)前饋控制加IMC，其內(nèi)模控制器C_2IMC(s)的可調(diào)參數(shù)只有一個(gè)λ₂參數(shù)，其參數(shù)的調(diào)節(jié)與選擇簡(jiǎn)單，且物理意義明確；采用IMC不僅可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、跟蹤性能與抗干擾性能,而且還可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的補(bǔ)償與IMC；采用動(dòng)態(tài)前饋控制器D₂₁(s)，可以降低來(lái)自閉環(huán)控制回路1的干擾信號(hào)u_1p(s)通過(guò)交叉干擾通道G₂₁(s)對(duì)閉環(huán)控制回路2動(dòng)態(tài)性能的影響，同時(shí)D₂₁(s)兼有解耦控制作用。

5、由于本發(fā)明采用的是“軟件”改變TITO-NCS結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償與控制方法，因而在其實(shí)現(xiàn)過(guò)程中無(wú)需再增加任何硬件設(shè)備，利用現(xiàn)有TITO-NCS智能節(jié)點(diǎn)自帶的軟件資源，足以實(shí)現(xiàn)其補(bǔ)償與控制功能，可節(jié)省硬件投資便于推廣和應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1：NCS的典型結(jié)構(gòu)

圖1由傳感器S節(jié)點(diǎn)，控制器C節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行器A節(jié)點(diǎn)，被控對(duì)象，前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸單元以及反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸單元所組成。

圖1中：x(s)表示系統(tǒng)輸入信號(hào)；y(s)表示系統(tǒng)輸出信號(hào)；C(s)表示控制器；u(s)表示控制信號(hào)；τ_ca表示將控制信號(hào)u(s)從控制器C節(jié)點(diǎn)向執(zhí)行器A節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延；τ_sc表示將傳感器S節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)y(s)向控制器C節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延；G(s)表示被控對(duì)象傳遞函數(shù)。

圖2：MIMO-NCS的典型結(jié)構(gòu)

圖2由r個(gè)傳感器S節(jié)點(diǎn)，控制器C節(jié)點(diǎn)，m個(gè)執(zhí)行器A節(jié)點(diǎn)，被控對(duì)象G，m個(gè)前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延單元，以及r個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延單元所組成。

圖2中：y_j(s)表示系統(tǒng)的第j個(gè)輸出信號(hào)；u_i(s)表示第i個(gè)控制信號(hào)；表示將控制信號(hào)u_i(s)從控制器C節(jié)點(diǎn)向第i個(gè)執(zhí)行器A節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延；表示將第j個(gè)傳感器S節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)y_j(s)向控制器C節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延；G表示被控對(duì)象傳遞函數(shù)。

圖3：TITO-NCS的典型結(jié)構(gòu)

圖3由閉環(huán)控制回路1和2所構(gòu)成，其系統(tǒng)包含傳感器S1和S2節(jié)點(diǎn)，控制器C1和C2節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行器A1和A2節(jié)點(diǎn)，被控對(duì)象傳遞函數(shù)G₁₁(s)和G₂₂(s)以及被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)和G₁₂(s)，前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸單元和以及反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸單元和所組成。

圖3中：x₁(s)和x₂(s)表示系統(tǒng)的輸入信號(hào)；y₁(s)和y₂(s)表示系統(tǒng)的輸出信號(hào)；C₁(s)和C₂(s)表示控制回路1和2的控制器；u₁(s)和u₂(s)表示控制信號(hào)；τ₁和τ₃表示將控制信號(hào)u₁(s)和u₂(s)從控制器C1和C2節(jié)點(diǎn)向執(zhí)行器A1和A2節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延；τ₂和τ₄表示將傳感器S1和S2節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)y₁(s)和y₂(s)向控制器C1和C2節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時(shí)延。

圖4：一種包含預(yù)估模型的TITO-NCS時(shí)延補(bǔ)償與控制結(jié)構(gòu)

圖4中：C₁(s)是控制回路1的控制器；C_2mIMC(s)是控制回路2內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)的預(yù)估模型；以及是網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延以及的預(yù)估時(shí)延模型；以及是網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延以及的預(yù)估時(shí)延模型；G_11m(s)是被控對(duì)象傳遞函數(shù)G₁₁(s)的預(yù)估模型；D₁₂(s)和D₂₁(s)是動(dòng)態(tài)前饋控制器。

圖5：用真實(shí)模型代替預(yù)估模型的時(shí)延補(bǔ)償與控制結(jié)構(gòu)

圖6：一種二輸入二輸出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)延補(bǔ)償SPC和IMC方法

具體實(shí)施方式

下面將通過(guò)參照附圖6詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施步驟如下所述：

對(duì)于閉環(huán)控制回路1：

第一步：傳感器S1節(jié)點(diǎn)工作于時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)傳感器S1節(jié)點(diǎn)被周期為h₁的采樣信號(hào)觸發(fā)后，將對(duì)被控對(duì)象G₁₁(s)的輸出信號(hào)y₁₁(s)和被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)的輸出信號(hào)y₁₂(s)，以及執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)y_11mb(s)進(jìn)行采樣，并計(jì)算出閉環(huán)控制回路1的系統(tǒng)輸出信號(hào)y₁(s)和反饋信號(hào)y_1b(s)，且y₁(s)＝y(tǒng)₁₁(s)+y₁₂(s)和y_1b(s)＝y(tǒng)₁(s)-y_11mb(s)；

第二步：傳感器S1節(jié)點(diǎn)將反饋信號(hào)y_1b(s)，通過(guò)閉環(huán)控制回路1的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制器C1節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號(hào)y_1b(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₂后，才能到達(dá)控制器C1節(jié)點(diǎn)；

第三步：控制器C1節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被反饋信號(hào)y_1b(s)所觸發(fā)后，將閉環(huán)控制回路1的系統(tǒng)給定信號(hào)x₁(s)，減去反饋信號(hào)y_1b(s)與被控對(duì)象傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_11m(s)的輸出信號(hào)y_11ma(s)，得到偏差信號(hào)e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_1b(s)-y_11ma(s)；對(duì)e₁(s)實(shí)施控制算法C₁(s)，得到控制信號(hào)u₁(s)；將控制信號(hào)u₁(s)作用于被控對(duì)象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11ma(s)；

第四步：將控制信號(hào)u₁(s)通過(guò)閉環(huán)控制回路1的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元向執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)傳輸，u₁(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₁后，才能到達(dá)執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)；

第五步：執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被控制信號(hào)u₁(s)所觸發(fā)后，將控制信號(hào)u₁(s)作用于被控對(duì)象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11mb(s)；將控制信號(hào)u₁(s)與來(lái)自于閉環(huán)控制回路2執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)的信號(hào)u_2p(s)通過(guò)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₁₂(s)的輸出值u_d12(s)相減得到信號(hào)u_1p(s)，即u_1p(s)＝u₁(s)-u_d12(s)；

第六步：將信號(hào)u_1p(s)作用于被控對(duì)象G₁₁(s)得到其輸出值y₁₁(s)；將信號(hào)u_1p(s)作用于被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)得到其輸出值y₂₁(s)；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象G₁₁(s)和G₂₁(s)的動(dòng)態(tài)前饋控制加SPC，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₁和τ₂的補(bǔ)償與控制；

第七步：返回第一步；

對(duì)于閉環(huán)控制回路2：

第一步：傳感器S2節(jié)點(diǎn)工作于時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)傳感器S2節(jié)點(diǎn)被周期為h₂的采樣信號(hào)觸發(fā)后，將對(duì)被控對(duì)象G₂₂(s)的輸出信號(hào)y₂₂(s)和被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)的輸出信號(hào)y₂₁(s)進(jìn)行采樣，并計(jì)算出閉環(huán)控制回路2的系統(tǒng)輸出信號(hào)y₂(s)，且y₂(s)＝y(tǒng)₂₂(s)+y₂₁(s)；

第二步：傳感器S2節(jié)點(diǎn)將反饋信號(hào)y₂(s)，通過(guò)閉環(huán)控制回路2的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制器C2節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號(hào)y₂(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₄后，才能到達(dá)控制器C2節(jié)點(diǎn)；

第三步：控制器C2節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被反饋信號(hào)y₂(s)所觸發(fā)后，將閉環(huán)控制回路2系統(tǒng)給定信號(hào)x₂(s)，與反饋信號(hào)y₂(s)相加并相減后得到信號(hào)e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)+y₂(s)-y₂(s)＝x₂(s)；對(duì)e₂(s)實(shí)施內(nèi)?？刂扑惴–_2IMC(s)，得到IMC信號(hào)u₂(s)；

第四步：將IMC信號(hào)u₂(s)通過(guò)閉環(huán)控制回路2的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元向執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)傳輸，u₂(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延τ₃后，才能到達(dá)執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)；

第五步：執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動(dòng)方式，被IMC信號(hào)u₂(s)所觸發(fā)后，將IMC信號(hào)u₂(s)與來(lái)自于閉環(huán)控制回路1執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)u_1p(s)通過(guò)動(dòng)態(tài)前饋控制器D₂₁(s)的輸出信號(hào)u_d21(s)相減得到信號(hào)u_2p(s)，即u_2p(s)＝u₂(s)-u_d21(s)；

第六步：將信號(hào)u_2p(s)作用于被控對(duì)象G₂₂(s)得到其輸出值y₂₂(s)；將信號(hào)u_2p(s)作用于被控對(duì)象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)得到其輸出值y₁₂(s)；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象G₂₂(s)和G₁₂(s)的動(dòng)態(tài)前饋控制加IMC，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延τ₃和τ₄的補(bǔ)償與控制；

第七步：返回第一步；

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而己，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。