一种二输入二输出网络控制系统随机时延的SPC和IMC方法与流程

技术特征：

1.一种二输入二输出网络控制系统随机时延的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).当控制器C1节点被反馈信号y₁(s)触发时，将采用方式B进行工作；

(3).当执行器A1节点被信号e₁(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C2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)进行采样，并计算出闭环控制回路1的系统输出信号y₁(s)，且y₁(s)＝y₁₁(s)+y₁₂(s)；

A3：将反馈信号y₁(s)，通过闭环控制回路1的反馈网络通路向控制器C1节点传输，反馈信号y₁(s)将经历网络传输时延τ₂后，才能到达控制器C1节点；

方式B的步骤包括：

B1：控制器C1节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y₁(s)所触发；

B2：在控制器C1节点中，将闭环控制回路1的系统给定信号x₁(s)，与反馈信号y₁(s)相加并相减后，得到信号，即e₁(s)＝x₁(s)+y₁(s)-y₁(s)＝x₁(s)；

B3：将信号e₁(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，e₁(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，被信号e₁(s)所触发；

C2：将信号e₁(s)与反馈信号y₁(s)相减得到信号e₃(s)，即e₃(s)＝e₁(s)-y₁(s)；对e₃(s)实施控制算法C₁(s)，得到控制信号u₁(s)；

C3：将控制信号u₁(s)与来自于闭环控制回路2执行器A2节点的输出信号u_2p(s)通过动态前馈控制器D₁₂(s)的输出信号u_d12(s)相减得到信号u_1p(s)，即u_1p(s)＝u₁(s)-u_d12(s)；

C4：将信号u_1p(s)作用于被控对象G₁₁(s)得到其输出值y₁₁(s)；将信号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)的动态前馈控制加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：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器C2节点传输，反馈信号y₂(s)将经历网络传输时延τ₄后，才能到达控制器C2节点；

方式E的步骤包括：

E1：控制器C2节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y₂(s)所触发；

E2：在控制器C2节点中，将闭环控制回路2系统给定信号x₂(s)，与反馈信号y₂(s)相加并相减后，得到信号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：将IMC信号u₂(s)与来自于闭环控制回路1执行器A1节点的输出信号u_1p(s)通过动态前馈控制器D₂₁(s)的输出信号u_d21(s)相减得到信号u_2p(s)，即u_2p(s)＝u₂(s)-u_d21(s)；

F3：将信号u_2p(s)作用于被控对象G₂₂(s)得到其输出值y₂₂(s)；将信号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)的动态前馈控制加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，对随机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：针对TITO-NCS中的控制回路1，采用动态前馈控制加SPC，由于从TITO-NCS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-NCS，亦可用于采用智能控制或采用复杂控制策略的TITO-NCS；其动态前馈控制器D₁₂(s)，可以降低来自闭环控制回路2的干扰信号u_2p(s)通过交叉干扰通道G₁₂(s)对闭环控制回路1动态性能的影响，同时D₁₂(s)兼有解耦控制作用。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：针对TITO-NCS中的控制回路2，采用动态前馈控制加IMC，可以提高系统稳定性和跟踪性以及抗干扰性能力，实现对随机网络时延的补偿与控制；采用动态前馈控制器D₂₁(s)，可以降低来自闭环控制回路1的干扰信号u_1p(s)通过交叉干扰通道G₂₁(s)对闭环控制回路2动态性能的影响，同时D₂₁(s)兼有解耦控制作用。