一種TITO(Two-input and two-output，TITO)-NDCS(Networked decoupling control systems，NDCS)隨機(jī)時延的SPC(Smith Predictor Control，SPC)和IMC(Internal Model Control，IMC)方法，涉及自動控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)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)解耦控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在分布式控制系統(tǒng)中，傳感器與控制器、控制器與執(zhí)行器之間，通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked control systems，NCS)，NCS的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

NCS與傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)相比，具有成本低、易于信息共享、易于擴(kuò)展與維護(hù)、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，近年來已被廣泛應(yīng)用于過程自動化、制造業(yè)自動化、航空航天、無線通信、機(jī)器人、智能交通等多個領(lǐng)域。

在NCS中，由于網(wǎng)絡(luò)時延、數(shù)據(jù)丟包以及網(wǎng)絡(luò)擁塞等現(xiàn)象的存在，使得NCS面臨諸多新挑戰(zhàn)。尤其是隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的存在，可降低NCS控制質(zhì)量，甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

目前，國內(nèi)外關(guān)于NCS的研究，主要是針對單輸入單輸出(Single-input and single-output，SISO)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，分別在網(wǎng)絡(luò)時延已知、未知或隨機(jī)，網(wǎng)絡(luò)時延小于一個采樣周期或大于一個采樣周期，單包傳輸或多包傳輸，有無數(shù)據(jù)包丟失等情況下，對其進(jìn)行數(shù)學(xué)建?；蚍€(wěn)定性分析與控制。但針對實(shí)際工業(yè)過程中，普遍存在的至少包含兩個輸入與兩個輸出(Two-input and two-output，TITO)的控制系統(tǒng)，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)的研究則相對較少，尤其是針對輸入與輸出信號之間，存在耦合作用需要通過解耦處理的多輸入多輸出網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)(Networked decoupling control systems，NDCS)時延補(bǔ)償?shù)难芯砍晒麆t相對更少。

MIMO-NDCS的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

與SISO-NCS相比，MIMO-NDCS具有以下特點(diǎn)：

(1)輸入與輸出信號之間彼此影響并存在耦合作用

在存在耦合作用的MIMO-NCS中，一個輸入信號的變化將會使多個輸出信號發(fā)生變化，而各個輸出信號也不只受到一個輸入信號的影響。即使輸入與輸出信號之間經(jīng)過精心選擇配對，各控制回路之間也難免存在著相互影響，因而要使輸出信號獨(dú)立跟蹤各自的輸入信號是有困難的。MIMO-NDCS中的解耦器，用于解除或降低多輸入多輸出信號之間的耦合作用。

(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比SISO-NCS要復(fù)雜得多

(3)被控對象可能存在不確定性因素

在MIMO-NDCS中，涉及的參數(shù)較多，各控制回路間的聯(lián)系較多，參數(shù)變動對整體控制效果的影響會變得很復(fù)雜。

(4)控制部件失效

在MIMO-NDCS中，至少包含有兩個或兩個以上的閉環(huán)控制回路，至少包含有兩個或兩個以上的傳感器和執(zhí)行器。每一個元件的失效都可能影響整個控制系統(tǒng)的性能，嚴(yán)重時會使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至造成重大事故。

由于MIMO-NDCS的上述特殊性，使得大部分基于SISO-NCS進(jìn)行設(shè)計(jì)與控制的方法，已無法滿足MIMO-NDCS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-NDCS的設(shè)計(jì)與分析中，給MIMO-NDCS的控制與設(shè)計(jì)帶來了一定的困難。

對于MIMO-NDCS，網(wǎng)絡(luò)時延補(bǔ)償與控制的難點(diǎn)主要在于：

(1)由于網(wǎng)絡(luò)時延與網(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)，對大于數(shù)個乃至數(shù)十個采樣周期的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延，要建立MIMO-NDCS中各個控制回路的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延準(zhǔn)確的預(yù)測、估計(jì)或辨識的數(shù)學(xué)模型，目前幾乎是不可能的。

(2)發(fā)生在MIMO-NDCS中前一個節(jié)點(diǎn)向后一個節(jié)點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)過程中的網(wǎng)絡(luò)時延，在前一個節(jié)點(diǎn)中無論采用何種預(yù)測或估計(jì)方法，都不可能事先提前知道其后產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)時延準(zhǔn)確值。時延導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時也給控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)帶來困難。

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

(4)由于MIMO-NCS中，輸入與輸出之間彼此影響，并存在耦合作用，其MIMO-NDCS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要比MIMO-NCS和SISO-NCS復(fù)雜，可能存在的不確定性因素較多，對其實(shí)施時延補(bǔ)償與控制要比MIMO-NCS和SISO-NCS困難得多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及MIMO-NDCS中的一種兩輸入兩輸出網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)(TITO-NDCS)隨機(jī)時延的補(bǔ)償與控制，其TITO-NDCS的典型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

針對圖3中的閉環(huán)控制回路1：

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

式中：C₁(s)是控制單元，G₁₁(s)是被控對象；τ₁表示將控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)輸出信號u_1p(s)，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)歷的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延；τ₂表示將輸出信號y₁(s)從傳感器S1節(jié)點(diǎn)，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸?shù)娇刂平怦钇鰿D節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延。

2)來自閉環(huán)控制回路2中C₂(s)控制單元的輸出信號u₂(s)，通過交叉解耦通道傳遞函數(shù)P₁₂(s)作用于閉環(huán)控制回路1，從輸入信號u₂(s)到輸出信號y₁(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

3)來自閉環(huán)控制回路2中執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)的輸出信號u_2p(s)，通過被控對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y₁(s)，從輸入信號u_2p(s)到輸出信號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)至(3)的分母中，包含了隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂的指數(shù)項(xiàng) 和時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。

針對圖3中的閉環(huán)控制回路2：

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

式中：C₂(s)是控制單元，G₂₂(s)是被控對象；τ₃表示將控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)輸出信號u_2p(s)，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)歷的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延；τ₄表示將輸出信號y₂(s)從傳感器S2節(jié)點(diǎn)，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸?shù)娇刂平怦钇鰿D節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延。

2)來自閉環(huán)控制回路1中C₁(s)控制單元的輸出信號u₁(s)，通過交叉解耦通道傳遞函數(shù)P₂₁(s)作用于閉環(huán)控制回路2，從輸入信號u₁(s)到輸出信號y₂(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

3)來自閉環(huán)控制回路1執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的輸出信號u_1p(s)，通過被控對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y₂(s)，從輸入信號u_1p(s)到輸出信號y₂(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

上述閉環(huán)傳遞函數(shù)等式(4)至(6)的分母中，均包含了隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的指數(shù) 項(xiàng)和時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：

針對圖3的TITO-NDCS，其閉環(huán)控制回路1的閉環(huán)傳遞函數(shù)等式(1)至(3)的分母中，均包含了隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂的指數(shù)項(xiàng)和以及閉環(huán)控制回路2的閉環(huán)傳遞函數(shù)等式(4)至(6)的分母中，均包含了隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的指數(shù)項(xiàng)和時延的存在會降低各自閉環(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，同時也將降低整個系統(tǒng)的控制性能質(zhì)量并影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時將導(dǎo)致整個系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。

為此，針對圖3中的閉環(huán)控制回路1：本發(fā)明提出一種基于SPC的時延補(bǔ)償方法；針對閉環(huán)控制回路2：本發(fā)明提出一種基于IMC的時延補(bǔ)償方法：構(gòu)成兩閉環(huán)控制回路網(wǎng)絡(luò)時延的SPC和IMC，用于免除對各閉環(huán)控制回路中，節(jié)點(diǎn)之間隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的測量、估計(jì)或辨識，進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂，以及τ₃和τ₄對各自閉環(huán)控制回路以及對整個控制系統(tǒng)控制性能質(zhì)量與系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；當(dāng)預(yù)估模型等于其真實(shí)模型時，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)時延的指數(shù)項(xiàng)，進(jìn)而可降低網(wǎng)絡(luò)時延對整個系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對TITO-NDCS隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的分段、實(shí)時、在線和動態(tài)的預(yù)估補(bǔ)償與SPC和IMC。

采用方法：

針對圖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，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)時延的指數(shù)項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂的補(bǔ)償與控制，采用以控制解耦信號u_1p(s)和u_2p(s)作為輸入信號，被控對象預(yù)估模型G_11m(s)和G_12m(s)作為被控過程，控制與過程數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸時延預(yù)估模型以及圍繞控制器C₁(s)，構(gòu)造一個正反饋預(yù)估控制回路和一個負(fù)反饋預(yù)估控制回路，如圖4所示；

第二步：針對實(shí)際TITO-NDCS中，難以獲取網(wǎng)絡(luò)時延準(zhǔn)確值的問題，在圖4中要實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)時延的補(bǔ)償與控制，除了要滿足被控對象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型的條件外，還必須滿足隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延預(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)到控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)之間，以及從控制解耦器CD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)傳輸過程以及代替其間網(wǎng)絡(luò)時延的預(yù)估補(bǔ)償模型以及因而無論被控對象的預(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)時延的預(yù)估補(bǔ)償模型，從而免除對閉環(huán)控制回路1中，節(jié)點(diǎn)之間隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂的測量、估計(jì)或辨識；當(dāng)預(yù)估模型等于其真實(shí)模型時，可實(shí)現(xiàn)對其隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂的補(bǔ)償與SPC；實(shí)施本發(fā)明方法的網(wǎng)絡(luò)時延補(bǔ)償與SPC結(jié)構(gòu)如圖5以及圖6所示；

針對圖3中的閉環(huán)控制回路2：

第一步：在控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)中，構(gòu)建一個內(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，閉環(huán)控制回路2的閉環(huán)特征方程不再包含網(wǎng)絡(luò)時延指數(shù)項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的補(bǔ)償與控制，圍繞被控對象G₂₂(s)，以閉環(huán)控制回路2輸出y₂(s)作為輸入信號，將y₂(s)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸時延預(yù)估模型和預(yù)估內(nèi)?？刂破鰿_2mIMC(s)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸時延預(yù)估模型構(gòu)造一個正反饋預(yù)估控制回路；實(shí)施本步驟的結(jié)構(gòu)如圖4所示；

第二步：針對實(shí)際TITO-NCS中，難以獲取網(wǎng)絡(luò)時延準(zhǔn)確值的問題，在圖4中要實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)時延的補(bǔ)償與控制，必須滿足網(wǎng)絡(luò)時延預(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)模控制器C_2mIMC(s)等于其內(nèi)?？刂破鰿_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)到控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)之間，以及從控制解耦器CD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)傳輸過程和代替其間網(wǎng)絡(luò)時延的預(yù)估補(bǔ)償模型和 得到圖5所示的網(wǎng)絡(luò)時延補(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)等價變換規(guī)則進(jìn)一步化簡，得到圖6所示的實(shí)施本發(fā)明方法的網(wǎng)絡(luò)時延補(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)時延的預(yù)估補(bǔ)償模型，從而免除對閉環(huán)控制回路2中，節(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的測量、估計(jì)或辨識，可實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的補(bǔ)償與IMC；實(shí)施本發(fā)明方法的網(wǎng)絡(luò)時延補(bǔ)償與IMC結(jié)構(gòu)如圖6所示。

在此需要特別說明的是，在圖6的控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)中，出現(xiàn)了閉環(huán)控制回路2的給定信號x₂(s)，與其反饋信號y₂(s)實(shí)施先“減”后“加”，或先“加”后“減”的運(yùn)算規(guī)則，即y₂(s)信號同時經(jīng)過正反饋和負(fù)反饋連接到控制解耦器CD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)等價變換規(guī)則進(jìn)一步化簡得到圖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，而且還具有存儲與控制等功能，在節(jié)點(diǎn)中對同一個信號進(jìn)行先“減”后“加”，或先“加”后“減”，這在運(yùn)算法則上不會有什么不符合規(guī)則之處；

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

(4)控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)就來自于信號y₂(s)的驅(qū)動，如果控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)沒有接收到來自反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸過來的信號y₂(s)，則處于事件驅(qū)動工作方式的控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)將不會被觸發(fā)。

對于圖6中的閉環(huán)控制回路1：

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

式中：G_11m(s)是被控對象G₁₁(s)的預(yù)估模型。

2)來自閉環(huán)控制回路2中內(nèi)模控制器C_2IMC(s)的輸出IMC信號u₂(s)，通過交叉解耦通道傳遞函數(shù)P₁₂(s)作用于閉環(huán)控制回路1，從輸入IMC信號u₂(s)到輸出信號y₁(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

3)來自閉環(huán)控制回路2中控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)的輸出信號u_2p(s)，在控制解耦器CD中通過被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)作用于閉環(huán)控制回路1；來自閉環(huán)控制回路2執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)的控制信號u_2p(s)，同時通過被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)和其預(yù)估模型G_12m(s)作用于閉環(huán)控制回路1；從輸入信號u_2p(s)到輸出信號y₁(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

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

對于圖6中的閉環(huán)控制回路2：

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

式中：C_2IMC(s)是內(nèi)模控制器。

2)來自閉環(huán)控制回路1中控制器C₁(s)的輸出信號u₁(s)，通過交叉解耦通道傳遞函數(shù)P₂₁(s)作用于閉環(huán)控制回路2，從輸入信號u₁(s)到輸出信號y₂(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

4)來自閉環(huán)控制回路1執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的控制信號u_1p(s)，同時通過被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)作用于閉環(huán)控制回路2；從輸入信號u_1p(s)到輸出信號y₂(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

采用本發(fā)明方法，閉環(huán)控制回路2的閉環(huán)傳遞函數(shù)分母為1；此時，閉環(huán)控制回路2相當(dāng)于一個開環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的分母中已經(jīng)不再包含影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的指數(shù)項(xiàng)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅與被控對象和內(nèi)?？刂破鞅旧淼姆€(wěn)定性有關(guān)；從而可降低網(wǎng)絡(luò)時延對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，改善系統(tǒng)的動態(tài)控制性能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的動態(tài)補(bǔ)償與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-NDCS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關(guān)。

在閉環(huán)控制回路2中，內(nèi)模控制器C_2IMC(s)的設(shè)計(jì)與選擇：

設(shè)計(jì)內(nèi)?？刂破饕话悴捎昧銟O點(diǎn)相消法，即兩步設(shè)計(jì)法：第一步是設(shè)計(jì)一個取之為被控對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)成一個完整的內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)。

(1)前饋控制器C₂₂(s)

先忽略被控對象與被控對象模型不完全匹配時的誤差、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，被控對象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型，即：G_22m(s)＝G₂₂(s)。

此時，被控對象預(yù)估模型可以根據(jù)被控對象的零極點(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)

由于被控對象中的純滯后環(huán)節(jié)和位于s右半平面的零極點(diǎn)會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)過程中只取了被控對象最小相位的可逆部分G_22m-(s)，忽略G_22m+(s)；由于被控對象與被控對象預(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，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)，選取為比較簡單的n₂階濾波器其中：λ₂為前饋濾波器時間常數(shù)；n₂為前饋濾波器的階次，n₂＝n_2a-n_2b；n_2a為被控對象G₂₂(s)分母的階次；n_2b為被控對象G₂₂(s)分子的階次，通常n₂＞0。

(3)內(nèi)模控制器C_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(13)中可以看出：一個自由度的內(nèi)模控制器C_2IMC(s)中，只有一個可調(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，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。

本發(fā)明的適用范圍：

適用于被控對象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型時采用SPC，以及被控對象預(yù)估模型已知或不確知時采用IMC的一種兩輸入兩輸出網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)(TITO-NDCS)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的補(bǔ)償與控制；其研究思路與方法，同樣也適用于被控對象預(yù)估模型等于其真實(shí)模型時采用SPC，以及被控對象預(yù)估模型已知或不確知時采用IMC的兩個以上輸入和輸出所構(gòu)成的多輸入多輸出網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)(MIMO-NDCS)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的補(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的采樣信號觸發(fā)時，將采用方式A進(jìn)行工作；

(2).當(dāng)控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)被反饋信號y_1b(s)觸發(fā)時，將采用方式B進(jìn)行工作；

(3).當(dāng)執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)被控制解耦信號u_1p(s)觸發(fā)時，將采用方式C進(jìn)行工作；

對于閉環(huán)控制回路2：

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

(5).當(dāng)控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)被反饋信號y₂(s)觸發(fā)時，將采用方式E進(jìn)行工作；

(6).當(dāng)執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)被控制解耦信號u_2p(s)觸發(fā)時，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)工作于時間驅(qū)動方式，其觸發(fā)信號為周期h₁的采樣信號；

A2:傳感器S1節(jié)點(diǎn)被觸發(fā)后，對被控對象G₁₁(s)的輸出信號y₁₁(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)的輸出信號y₁₂(s)，以及執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的輸出信號y_11mb(s)和y_12mb(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y₁(s)和反饋信號y_1b(s)，且y₁(s)＝y(tǒng)₁₁(s)+y₁₂(s)和y_1b(s)＝y(tǒng)₁(s)-y_11mb(s)-y_12mb(s)；

A3:傳感器S1節(jié)點(diǎn)將反饋信號y_1b(s)，通過閉環(huán)控制回路1的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號y_1b(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₂后，才能到達(dá)控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)；

方式B的步驟包括：

B1:控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動方式，被反饋信號y_1b(s)所觸發(fā)；

B2:在控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)中，將閉環(huán)控制回路1的系統(tǒng)給定信號x₁(s)，減去反饋信號y_1b(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)的輸出值y_12ma(s)以及被控對象預(yù)估模型G_11m(s)的輸出值y_11ma(s)，得到系統(tǒng)偏差信號e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_1b(s)-y_12ma(s)-y_11ma(s)；

B3:對e₁(s)實(shí)施控制算法C₁(s)，得到控制信號u₁(s)；

B4:將來自于閉環(huán)控制回路2中內(nèi)?？刂扑惴–_2IMC(s)的輸出IMC信號u₂(s)作用于解耦交叉通道傳遞函數(shù)P₁₂(s)得到其解耦信號u_p12(s)；將控制信號u₁(s)與u_p12(s)相減得到閉環(huán)控制回路1的控制解耦信號u_1p(s)，即u_1p(s)＝u₁(s)-u_p12(s)；將u_1p(s)作用于被控對象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11ma(s)；

B5:將來自于閉環(huán)控制回路2輸出的控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出值y_12ma(s)；

B6:將控制解耦信號u_1p(s)通過閉環(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，u_1p(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延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)動方式，被控制解耦信號u_1p(s)所觸發(fā)；

C2:將控制解耦信號u_1p(s)作用于被控對象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11mb(s)；將來自于閉環(huán)控制回路2的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元的控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出值y_12mb(s)；

C3:將控制解耦信號u_1p(s)作用于被控對象G₁₁(s)得到其輸出值y₁₁(s)；將控制解耦信號u_1p(s)作用于被控對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)對被控對象G₁₁(s)和G₂₁(s)的解耦與SPC，同時實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延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)工作于時間驅(qū)動方式，其觸發(fā)信號為周期h₂的采樣信號；

D2:傳感器S2節(jié)點(diǎn)被觸發(fā)后，對被控對象G₂₂(s)的輸出信號y₂₂(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)的輸出信號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y₂(s)，且y₂(s)＝y(tǒng)₂₂(s)+y₂₁(s)；

D3:傳感器S2節(jié)點(diǎn)將反饋信號y₂(s)，通過閉環(huán)控制回路2的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號y₂(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₄后，才能到達(dá)控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)；

方式E的步驟包括：

E1:控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動方式，被反饋信號y₂(s)所觸發(fā)；

E2:在控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)中，將閉環(huán)控制回路2的系統(tǒng)給定信號x₂(s)，與反饋信號y₂(s)相加后再相減，得到系統(tǒng)偏差信號e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)+y₂(s)-y₂(s)＝x₂(s)；

E3:對e₂(s)實(shí)施內(nèi)?？刂扑惴–_2IMC(s)，得到IMC信號u₂(s)；

E4:將來自于閉環(huán)控制回路1中控制算法C₁(s)的輸出控制信號u₁(s)作用于解耦交叉通道傳遞函數(shù)P₂₁(s)得到其解耦信號u_p21(s)；將IMC信號u₂(s)與u_p21(s)相減得到閉環(huán)控制回路2的控制解耦信號u_2p(s)，即u_2p(s)＝u₂(s)-u_p21(s)；

E5:將解耦信號u_2p(s)作用于控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)閉環(huán)控制回路1中被控對象預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出值y_12ma(s)；

E6:將控制解耦信號u_2p(s)通過閉環(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，u_2p(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延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)動方式，被控制解耦信號u_2p(s)所觸發(fā)；

F2:將控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對象G₂₂(s)得到其輸出值y₂₂(s)；將控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對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)對被控對象G₂₂(s)和G₁₂(s)的解耦與IMC，同時實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延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TITO-NDCS結(jié)構(gòu)上，免除對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的測量、觀測、估計(jì)或辨識，同時還可免除節(jié)點(diǎn) 時鐘信號同步的要求，可避免時延估計(jì)模型不準(zhǔn)確造成的估計(jì)誤差，避免對時延辨識所需耗費(fèi)節(jié)點(diǎn)存貯資源的浪費(fèi)，同時還可避免由于時延造成的“空采樣”或“多采樣”帶來的補(bǔ)償誤差。

2、由于從TITO-NDCS結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)與具體的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的選擇無關(guān)，因而既適用于采用有線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的TITO-NDCS，亦適用于采用無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的TITO-NDCS；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-NDCS，同時亦適用于異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的TITO-NDCS。

3、TITO-NDCS中，采用SPC的控制回路1，由于從TITO-NDCS結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)與具體控制器C₁(s)控制策略的選擇無關(guān)，因而既可用于采用常規(guī)控制的TITO-NDCS，亦可用于采用智能控制或采用復(fù)雜控制策略的TITO-NDCS。

4、TITO-NDCS中，采用IMC的控制回路2，其內(nèi)?？刂破鰿_2IMC(s)的可調(diào)參數(shù)只有一個λ₂參數(shù)，其參數(shù)的調(diào)節(jié)與選擇簡單，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)對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的補(bǔ)償與IMC。

5、由于本發(fā)明采用的是“軟件”改變TITO-NDCS結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償與控制方法，因而在其實(shí)現(xiàn)過程中無需再增加任何硬件設(shè)備，利用現(xiàn)有TITO-NDCS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。

附圖說明

圖1：NCS的典型結(jié)構(gòu)

圖1中，系統(tǒng)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；y(s)表示系統(tǒng)輸出信號；C(s)表示控制器；u(s)表示控制信號；τ_ca表示將控制信號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)通路傳輸時延；τ_sc表示將傳感器S節(jié)點(diǎn)的檢測信號y(s)向控制器C節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時延；G(s)表示被控對象傳遞函數(shù)。

圖2：MIMO-NDCS的典型結(jié)構(gòu)

圖2中，系統(tǒng)由r個傳感器S節(jié)點(diǎn)，控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)，m個執(zhí)行器A節(jié)點(diǎn)，被控對象G，m個前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時延單元，以及r個反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時延單元所組成；

圖2中：y_j(s)表示系統(tǒng)的第j個輸出信號；u_i(s)表示系統(tǒng)的第i個控制信號；表示將控制解耦信號u_i(s)從控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)向第i個執(zhí)行器A節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時延；表示將系統(tǒng)的第j個傳感器S節(jié)點(diǎn)的檢測信號y_j(s)向控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)傳輸所經(jīng)歷的反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時延；G表示被控對象傳遞函數(shù)。

圖3：TITO-NDCS的典型結(jié)構(gòu)

圖3中，系統(tǒng)由閉環(huán)控制回路1和2所構(gòu)成，系統(tǒng)包含傳感器S1和S2節(jié)點(diǎn)，控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行器A1和A2節(jié)點(diǎn)，被控對象傳遞函數(shù)G₁₁(s)和G₂₂(s)以及被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)和G₁₂(s)，交叉解耦通道傳遞函數(shù)P₂₁(s)和P₁₂(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)輸入信號；y₁(s)和y₂(s)表示系統(tǒng)輸出信號；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；u_1p(s)和u_2p(s)表示控制解耦信號；τ₁和τ₃表示將u_1p(s)和u_2p(s)從控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)向執(zhí)行器A1和A2節(jié)點(diǎn)傳輸經(jīng)歷的前向網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時延；τ₂和τ₄表示將傳感器S1和S2節(jié)點(diǎn)的檢測信號y₁(s)和y₂(s)向控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)傳輸經(jīng)歷的反饋網(wǎng)絡(luò)通路傳輸時延。

圖4：一種包含預(yù)估模型的TITO-NDCS隨機(jī)時延補(bǔ)償與控制結(jié)構(gòu)

圖4中，以及是網(wǎng)絡(luò)傳輸時延以及的預(yù)估模型；以及是網(wǎng)絡(luò)傳輸時延以及的預(yù)估模型；G_11m(s)和G_22m(s)是被控對象傳遞函數(shù)G₁₁(s)和G₂₂(s)的預(yù)估模型；G_12m(s)和G_21m(s)是被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)和G₂₁(s)的預(yù)估模型；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；

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

圖6：一種TITO-NDCS隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延的SPC和IMC方法

具體實(shí)施方式

下面將通過參照附圖6來詳細(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：

對于閉環(huán)控制回路1：

第一步：傳感器S1節(jié)點(diǎn)工作于時間驅(qū)動方式，其觸發(fā)信號為周期h₁的采樣信號；當(dāng)傳感器S1節(jié)點(diǎn)被觸發(fā)后，對被控對象G₁₁(s)的輸出信號y₁₁(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₁₂(s)的輸出信號y₁₂(s)，以及執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)的輸出信號y_11mb(s)和y_12mb(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y₁(s)和反饋信號y_1b(s)，且y₁(s)＝y(tǒng)₁₁(s)+y₁₂(s)和y_1b(s)＝y(tǒng)₁(s)-y_11mb(s)-y_12mb(s)；

第二步：傳感器S1節(jié)點(diǎn)將反饋信號y_1b(s)，通過閉環(huán)控制回路1的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號y_1b(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₂后，才能到達(dá)控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)；

第三步：控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動方式，被反饋信號y_1b(s)所觸發(fā)后，將系統(tǒng)給定信號x₁(s)，減去反饋信號y_1b(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)的輸出值y_12ma(s)以及被控對象預(yù)估模型G_11m(s)的輸出值y_11ma(s)，得到系統(tǒng)偏差信號e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_1b(s)-y_12ma(s)-y_11ma(s)；

第四步：對e₁(s)實(shí)施控制算法C₁(s)，得到控制信號u₁(s)；將來自于閉環(huán)控制回路2中內(nèi)?？刂扑惴–_2IMC(s)的輸出IMC信號u₂(s)作用于解耦交叉通道傳遞函數(shù)P₁₂(s)得到其解耦信號u_p12(s)；將控制信號u₁(s)與u_p12(s)相減得到閉環(huán)控制回路1的控制解耦信號u_1p(s)，即u_1p(s)＝u₁(s)-u_p12(s)；將解耦信號u_1p(s)作用于被控對象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11ma(s)；

第五步：將來自于閉環(huán)控制回路2輸出的控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出值y_12ma(s)；

第六步：將控制解耦信號u_1p(s)通過閉環(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，u_1p(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₁后，才能到達(dá)執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)；

第七步：執(zhí)行器A1節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動方式，被控制解耦信號u_1p(s)觸發(fā)后，將控制解耦信號u_1p(s)作用于被控對象預(yù)估模型G_11m(s)得到其輸出值y_11mb(s)；將來自于閉環(huán)控制回路2的前向網(wǎng)絡(luò)通路單元的控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對象交叉通道傳遞函數(shù)預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出值y_12mb(s)；

第八步：將控制解耦信號u_1p(s)作用于被控對象G₁₁(s)得到其輸出值y₁₁(s)；將控制解耦信號u_1p(s)作用于被控對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)對被控對象G₁₁(s)和G₂₁(s)的解耦與SPC，同時實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₁和τ₂的補(bǔ)償與控制；

第九步：返回第一步；

對于閉環(huán)控制回路2：

第一步：傳感器S2節(jié)點(diǎn)工作于時間驅(qū)動方式，其觸發(fā)信號為周期h₂的采樣信號；當(dāng)傳感器S2節(jié)點(diǎn)被觸發(fā)后，對被控對象G₂₂(s)的輸出信號y₂₂(s)和被控對象交叉通道傳遞函數(shù)G₂₁(s)的輸出信號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y₂(s)，通過閉環(huán)控制回路2的反饋網(wǎng)絡(luò)通路向控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)傳輸，反饋信號y₂(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₄后，才能到達(dá)控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)；

第三步：控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)工作于事件驅(qū)動方式，被反饋信號y₂(s)觸發(fā)后，將閉環(huán)控制回路2系統(tǒng)給定信號x₂(s)，與反饋信號y₂(s)相加后再相減，得到系統(tǒng)偏差信號e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)+y₂(s)-y₂(s)＝x₂(s)；

第四步：對e₂(s)實(shí)施內(nèi)?？刂扑惴–_2IMC(s)，得到IMC信號u₂(s)；將來自于閉環(huán)控制回路1中控制算法C₁(s)的輸出控制信號u₁(s)作用于解耦交叉通道傳遞函數(shù)P₂₁(s)得到其解耦信號u_p21(s)；將IMC信號u₂(s)與u_p21(s)相減得到閉環(huán)控制回路2的控制解耦信號u_2p(s)，即u_2p(s)＝u₂(s)-u_p21(s)；

第五步：將解耦信號u_2p(s)作用于控制解耦器CD節(jié)點(diǎn)閉環(huán)控制回路1中被控對象預(yù)估模型G_12m(s)得到其輸出值y_12ma(s)；

第六步：將控制解耦信號u_2p(s)通過閉環(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，u_2p(s)將經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)傳輸時延τ₃后，才能到達(dá)執(zhí)行器A2節(jié)點(diǎn)；

第七步：將控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對象G₂₂(s)得到其輸出值y₂₂(s)；將控制解耦信號u_2p(s)作用于被控對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)對被控對象G₂₂(s)和G₁₂(s)的解耦與IMC，同時實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時延τ₃和τ₄的補(bǔ)償與控制；

第九步：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)。