一种两输入两输出网络控制系统网络时延二自由度IMC方法与流程

技术特征：

1.一种两输入两输出网络控制系统网络时延二自由度IMC方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

对于闭环控制回路1：

(1).当传感器S1节点被周期为h₁的采样信号触发时，将采用方式A进行工作；

(2).当控制器C节点被反馈信号y_1b(s)触发时，将采用方式B进行工作；

(3).当执行器A1节点被IMC信号u₁(s)触发时，将采用方式C进行工作；

对于闭环控制回路2：

(4).当传感器S2节点被周期为h₂的采样信号触发时，将采用方式D进行工作；

(5).当控制器C节点被反馈信号y_2b(s)触发时，将采用方式E进行工作；

(6).当执行器A2节点被IMC信号u₂(s)触发时，将采用方式F进行工作；

方式A的步骤包括：

A1：传感器S1节点工作于时间驱动方式，其触发信号为周期h₁的采样信号；

A2：传感器S1节点被触发后，对被控对象G₁₁(s)的输出信号y₁₁(s)和被控对象交叉通道传递函数G₁₂(s)的输出信号y₁₂(s)，以及执行器A1节点的输出信号y_11mb(s)和y_12mb(s)进行采样，并计算出闭环控制回路1的系统输出信号y₁(s)和反馈信号y_1b(s)，且y₁(s)＝y₁₁(s)+y₁₂(s)和y_1b(s)＝y₁(s)-y_11mb(s)-y_12mb(s)；

A3：将反馈信号y_1b(s)，通过闭环控制回路1的反馈网络通路向控制器C节点传输，反馈信号y_1b(s)将经历网络传输时延τ₂后，才能到达控制器C节点；

方式B的步骤包括：

B1：控制器C节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y_1b(s)所触发；

B2：在控制器C节点中，将反馈信号y_1b(s)与被控对象交叉通道传递函数预估模型G_12m(s)的输出y_12ma(s)相加后作用于反馈滤波器F₁(s)得到其输出值y_F1(s)，即y_F1(s)＝(y_1b(s)+y_12ma(s))F₁(s)；将闭环控制回路1的系统给定信号x₁(s)，减去反馈滤波器F₁(s)的输出信号y_F1(s)，得到偏差信号e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_F1(s)；

B3：对e₁(s)实施内模控制算法C_1IMC(s)，得到IMC信号u₁(s)；

B4：将来自于闭环控制回路2内模控制算法C_2IMC(s)的输出IMC信号u₂(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_12m(s)得到其输出值y_12ma(s)；

B5：将IMC信号u₁(s)通过闭环控制回路1的前向网络通路单元向执行器A1节点传输，u₁(s)将经历网络传输时延τ₁后，才能到达执行器A1节点；

方式C的步骤包括：

C1：执行器A1节点工作于事件驱动方式，被IMC信号u₁(s)所触发；

C2：在执行器A1节点中，将IMC信号u₁(s)作用于被控对象预估模型G_11m(s)得到其输出值y_11mb(s)；将来自于闭环控制回路2执行器A2节点的IMC信号u₂(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_12m(s)得到其输出值y_12mb(s)；

C3：将IMC信号u₁(s)作用于被控对象G₁₁(s)得到其输出值y₁₁(s)；将IMC信号u₁(s)作用于被控对象交叉通道传递函数G₂₁(s)得到其输出值y₂₁(s)；从而实现对被控对象G₁₁(s)和G₂₁(s)的二自由度IMC，同时实现对网络时延τ₁和τ₂的补偿与控制；

方式D的步骤包括：

D1：传感器S2节点工作于时间驱动方式，其触发信号为周期h₂的采样信号；

D2：传感器S2节点被触发后，对被控对象G₂₂(s)的输出信号y₂₂(s)和被控对象交叉通道传递函数G₂₁(s)的输出信号y₂₁(s)，以及执行器A2节点的输出信号y_22mb(s)和y_21mb(s)进行采样，并计算出闭环控制回路2的系统输出信号y₂(s)和反馈信号y_2b(s)，且y₂(s)＝y₂₂(s)+y₂₁(s)和y_2b(s)＝y₂(s)-y_22mb(s)-y_21mb(s)；

D3：将反馈信号y_2b(s)，通过闭环控制回路2的反馈网络通路向控制器C节点传输，反馈信号y_2b(s)将经历网络传输时延τ₄后，才能到达控制器C节点；

方式E的步骤包括：

E1：控制器C节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y_2b(s)所触发；

E2：在控制器C节点中，将反馈信号y_2b(s)与被控对象交叉通道传递函数预估模型G_21m(s)输出y_21ma(s) 相加，并将相加的结果作用于反馈滤波器F₂(s)得到其输出值y_F2(s)，即y_F2(s)＝(y_2b(s)+y_21ma(s))F₂(s)；将闭环控制回路2的系统给定信号x₂(s)，减去反馈滤波器F₂(s)的输出信号y_F2(s)，得到偏差信号e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)-y_F2(s)；

E3：对e₂(s)实施内模控制算法C_2IMC(s)，得到IMC信号u₂(s)；

E4：将来自于闭环控制回路1内模控制算法C_1IMC(s)的输出IMC信号u₁(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_21m(s)得到其输出值y_21ma(s)；

E5：将IMC信号u₂(s)通过闭环控制回路2的前向网络通路单元向执行器A2节点传输，u₂(s)将经历网络传输时延τ₃后，才能到达执行器A2节点；

方式F的步骤包括：

F1：执行器A2节点工作于事件驱动方式，被IMC信号u₂(s)所触发；

F2：在执行器A2节点中，将IMC信号u₂(s)作用于被控对象预估模型G_22m(s)得到其输出值y_22mb(s)；将来自于闭环控制回路1执行器A1节点的IMC信号u₁(s)作用于被控对象交叉通道传递函数预估模型G_21m(s)得到其输出值y_21mb(s)；

F3：将IMC信号u₂(s)作用于被控对象G₂₂(s)得到其输出值y₂₂(s)；将IMC信号u₂(s)作用于被控对象交叉通道传递函数G₁₂(s)得到其输出值y₁₂(s)；从而实现对被控对象G₂₂(s)和G₁₂(s)的二自由度IMC，同时实现对网络时延τ₃和τ₄的补偿与控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：从TITO-NCS结构上，实现系统不包含控制回路1和控制回路2中所有网络时延的预估补偿模型，从而免除对节点与节点之间网络时延τ₁和τ₂，以及τ₃和τ₄的测量、估计或辨识，免除对节点时钟信号同步的要求。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：从TITO-NCS结构上实现，对网络时延补偿方法的实施，与具体网络通信协议的选择无关。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用二自由度IMC的TITO-NCS其各闭环控制回路的可调参数为2个，与一个自由度IMC的TITO-NCS其各闭环控制回路的可调参数为1个相比，本发明方法可进一步提高系统的稳定性、跟踪性能与抗干扰能力，降低网络时延对系统稳定性的影响，改善系统的动态性能质量。