一种用于工程控制的网络化预测控制方法及系统与流程

文档序号:20436460发布日期:2020-04-17 22:05阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于工程控制的网络化预测控制方法,其特征在于,包括:

将被控对象的输出数据缓存在传感器中,并将所述输出数据与时间戳打包,得到所述传感器的反馈数据,将所述反馈数据发送至控制器;

基于所述被控对象的输入输出模型、所述反馈数据、系统参考输入数据和历史控制量,并根据系统反馈通道随机网络时延和系统前向通道随机网络时延,计算控制量预测值,得到控制量预测值序列,将所述控制量预测值序列与所述时间戳打包发送至执行器;

由所述执行器根据所述时间戳选择预设控制信号,由所述预设控制信号对所述系统反馈通道随机网络时延和所述系统前向通道随机网络时延进行主动补偿。

2.根据权利要求1所述的用于工程控制的网络化预测控制方法,其特征在于,所述输入输出模型,包括:

a(z-1)y(k)=b(z-1)u(k-1)

式中,k表示当前时间,y(k)∈r,表示所述输出数据,u(k)∈r,表示系统控制输入数据;a(z-1)和b(z-1)分别为如下多项式:

其中,na和nb分别表示多项式a(z-1)和b(z-1)的阶次。

3.根据权利要求2所述的用于工程控制的网络化预测控制方法,其特征在于,所述系统反馈通道随机网络时延为所述系统前向通道随机网络时延为其中均为整数;

对应地,若时,则所述系统控制输入数据表示为:

u(k)=f(z-1)u(k-1)+g(z-1)e(k)

式中,e(k)为输出跟踪误差,定义如下:

e(k)=r(k)-y(k)

f(z-1)和g(z-1)分别为如下多项式:

其中,nf和ng分别为多项式f(z-1)和g(z-1)的阶次。

4.根据权利要求3所述的用于工程控制的网络化预测控制方法,其特征在于,所述输出数据对应的序列包括:

y(k)=[y(k)y(k-1)…y(k-n)]

式中,n=max{na-1,ng}。

5.根据权利要求4所述的用于工程控制的网络化预测控制方法,其特征在于,所述基于所述输入输出模型、所述反馈数据、系统参考输入数据和历史控制量,并根据系统反馈通道随机网络时延和系统前向通道随机网络时延,计算控制量预测值,得到控制量预测值序列,将所述控制量预测值序列与所述时间戳打包发送至执行器,具体包括:

基于来自所述传感器的最新反馈数据计算控制量预测值并将对应的所述控制量预测值序列与所述时间戳k打包,通过系统前向通道发往所述执行器,其中由所述控制器当前时刻减去来自所述传感器的最新时间戳所得到。

6.根据权利要求5所述的用于工程控制的网络化预测控制方法,其特征在于,所述基于所述输入输出模型、所述反馈数据、系统参考输入数据和历史控制量,并根据系统反馈通道随机网络时延和系统前向通道随机网络时延,计算控制量预测值,得到控制量预测值序列,将所述控制量预测值序列与所述时间戳打包发送至执行器,还包括:

在当前时间k,系统输出预测值为:

式中,i=1,2,…,a1(z-1)=1-a(z-1),且当i-j≤0时:

其中,j=1,2,…,na;

所述预设控制信号在时刻的值为:

式中,其中,j=0,1,…,ng,所述预设控制信号在k时刻对应的控制量预测值序列为:

7.根据权利要求6所述的用于工程控制的网络化预测控制方法,其特征在于,所述由所述执行器根据所述时间戳选择预设控制信号,由所述预设控制信号对所述系统反馈通道随机网络时延和所述系统前向通道随机网络时延进行主动补偿,具体包括:

基于来自所述控制器的最新控制量预测值序列从中选择第个控制量,即u(k),并将u(k)施加于所述被控对象,对所述系统前向通道随机网络时延进行主动补偿,其中由所述执行器的当前时间减去来自所述传感器的最新时间戳所得到。

8.一种用于工程控制的网络化预测控制系统,其特征在于,包括:

缓存模块,用于将被控对象的输出数据缓存在传感器中,并将所述输出数据与时间戳打包,得到所述传感器的反馈数据,将所述反馈数据发送至控制器;

控制模块,用于基于所述被控对象的输入输出模型、所述反馈数据、系统参考输入数据和历史控制量,并根据系统反馈通道随机网络时延和系统前向通道随机网络时延,由所述控制器采用预测控制算法,计算控制量预测值,得到控制量预测值序列,将所述控制量预测值序列与所述时间戳打包发送至执行器;

补偿模块,用于由所述执行器根据所述时间戳选择预设控制信号,由所述预设控制信号对所述系统反馈通道随机网络时延和所述系统前向通道随机网络时延进行主动补偿。

9.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述用于工程控制的网络化预测控制方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述用于工程控制的网络化预测控制方法的步骤。


技术总结
本发明实施例提供一种用于工程控制的网络化预测控制方法及系统。该方法包括:将输出数据缓存在传感器中并与时间戳打包,得到传感器的反馈数据发送至控制器;基于被控对象的输入输出模型,计算控制量预测值,得到控制量预测值序列,与时间戳打包发送至执行器,由执行器根据时间戳选择预设控制信号,对系统反馈通道随机网络时延和系统前向通道随机网络时延进行主动补偿。本发明实施例通过设定将闭环网络化控制系统的稳定性与跟踪性能与反馈通道和前向通道中的随机网络诱导时延、数据包乱序与丢失等通信约束无关,不仅便于控制系统的设计与实现,而且可以保证良好的跟踪性能,且控制结构简单,易于实现,便于推广。

技术研发人员:庞中华;刘国平;董哲;史运涛;孙德辉
受保护的技术使用者:北方工业大学
技术研发日:2019.12.25
技术公布日:2020.04.17
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