一种TITO‑NDCS随机网络时延的SPC和IMC方法与流程

技术特征：

1.一种TITO-NDCS随机网络时延的SPC和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).当控制解耦器CD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节点被控制解耦信号u_1p(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).当控制解耦器CD节点被反馈信号y₂(s)触发时，将采用方式E进行工作；

(6).当执行器A2节点被控制解耦信号u_2p(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:传感器S1节点将反馈信号y_1b(s)，通过闭环控制回路1的反馈网络通路向控制解耦器CD节点传输，反馈信号y_1b(s)将经历网络传输时延τ₂后，才能到达控制解耦器CD节点；

方式B的步骤包括：

B1:控制解耦器CD节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y_1b(s)所触发；

B2:在控制解耦器CD节点中，将闭环控制回路1的系统给定信号x₁(s)，减去反馈信号y_1b(s)和被控对象交叉通道传递函数预估模型G_12m(s)的输出值y_12ma(s)以及被控对象预估模型G_11m(s)的输出值y_11ma(s)，得到系统偏差信号e₁(s)，即e₁(s)＝x₁(s)-y_1b(s)-y_12ma(s)-y_11ma(s)；

B3:对e₁(s)实施控制算法C₁(s)，得到控制信号u₁(s)；

B4:将来自于闭环控制回路2中内模控制算法C_2IMC(s)的输出IMC信号u₂(s)作用于解耦交叉通道传递函数P₁₂(s)得到其解耦信号u_p12(s)；将控制信号u₁(s)与u_p12(s)相减得到闭环控制回路1的控制解耦信号u_1p(s)，即u_1p(s)＝u₁(s)-u_p12(s)；将u_1p(s)作用于被控对象预估模型G_11m(s)得到其输出值y_11ma(s)；

B5:将来自于闭环控制回路2输出的控制解耦信号u_2p(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)；

B6:将控制解耦信号u_1p(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，u_1p(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，被控制解耦信号u_1p(s)所触发；

C2:将控制解耦信号u_1p(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的前向网络通路单元的控制解耦信号u_2p(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:将控制解耦信号u_1p(s)作用于被控对象G₁₁(s)得到其输出值y₁₁(s)；将控制解耦信号u_1p(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)的解耦与SPC，同时实现对随机网络时延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)进行采样，并计算出闭环控制回路2的系统输出信号y₂(s)，且y₂(s)＝y₂₂(s)+y₂₁(s)；

D3:传感器S2节点将反馈信号y₂(s)，通过闭环控制回路2的反馈网络通路向控制解耦器CD节点传输，反馈信号y₂(s)将经历网络传输时延τ₄后，才能到达控制解耦器CD节点；

方式E的步骤包括：

E1:控制解耦器CD节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y₂(s)所触发；

E2:在控制解耦器CD节点中，将闭环控制回路2的系统给定信号x₂(s)，与反馈信号y₂(s)相加后再相减，得到系统偏差信号e₂(s)，即e₂(s)＝x₂(s)+y₂(s)-y₂(s)＝x₂(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中控制算法C₁(s)的输出控制信号u₁(s)作用于解耦交叉通道传递函数P₂₁(s)得到其解耦信号u_p21(s)；将IMC信号u₂(s)与u_p21(s)相减得到闭环控制回路2的控制解耦信号u_2p(s)，即u_2p(s)＝u₂(s)-u_p21(s)；

E5:将解耦信号u_2p(s)作用于控制解耦器CD节点闭环控制回路1中被控对象预估模型G_12m(s)得到其输出值y_12ma(s)；

E6:将控制解耦信号u_2p(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，u_2p(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，被控制解耦信号u_2p(s)所触发；

F2:将控制解耦信号u_2p(s)作用于被控对象G₂₂(s)得到其输出值y₂₂(s)；将控制解耦信号u_2p(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)的解耦与IMC，同时实现对随机网络时延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SPC的控制回路1，由于从TITO-NDCS结构上实现与具体控制器C₁(s)控制策略的选择无关，因而既可用于采用常规控制的TITO-NDCS，亦可用于采用智能控制或采用复杂控制策略的TITO-NDCS。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用IMC的控制回路2，其内模控制器C_2IMC(s)的可调参数只有一个参数，其参数的调节与选择简单，且物理意义明确；采用IMC不仅可以提高系统的稳定性、跟踪性能与抗干扰性能，而且还可实现对随机网络时延的补偿与IMC。