专利名称：网络串级控制系统外前向与内反馈通路非确定性时延补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络串级控制系统外前向与内反馈通路非确定性网络时延的补偿方 法，属于网络控制系统技术领域.背景技术
网络控制系统(Networked control systems，NCS)是一种全分布式、网络化的实时反馈控制系统，用以提供设备之间的数据传输，使区域内不同地点的用户实现资源共 享和协调操作.
网络控制系统的研究是从20世纪90年代中后期发展起来的，它已成为当前自动 控制和网络通信技术发展的热点之一.网络控制系统具有系统连线少、扩展方便、诊断维 护简单、灵活性高、可实现资源共享及远程控制等优点，已广泛地应用于自动化制造工 厂、电厂、机器人、航天航空和电气化运输等许多复杂的工业过程中.
在控制网络中，所有的信息都是通过总线进行传输.一方面，随着网络的引入， 信息传输不确定性问题也出现在控制系统中，这样会增加控制系统的分析和设计的复杂 性.另一方面，由于网络中的信息源很多，在传输时，信息要分时占用总线，而网络的通 信带宽有限，这就使其传输不可避免地存在着时延.时延的存在会给系统带来相位上的滞 后，而相位滞后是导致系统不稳定的一个重要因素.如何克服网络时延所带来的问题，从 而确保整个系统的稳定性，是一个很重要问题.
目前，国内外关于网络控制系统的研究主要是针对单回路的控制系统，分别在 网络时延恒定、时变或随机，网络时延小于一个采样周期或大于一个采样周期，单包传 输或多包传输，有无数据包丢失等各种条件下，对其进行建模与稳定性分析，但鲜有论 文对网络串级控制系统进行研究.控制回路通过实时网络闭合的串级控制系统称为网络串 级控制系统(NCCS)，适用于本发明的网络串级控制系统的典型结构框图如图1所示.
由于网络串级控制系统是一个多闭环回路的网络控制系统，对网络时延影响的 分析与系统性能的研究远比单回路的网络控制系统要复杂得多.内回路网络时延将严重影 响内回路网络控制系统的快速性和抗干扰能力，同时也将与外回路网络时延一起对整个 网络串级控制系统的稳定性和控制品质产生负面影响.
对于网络时延研究的难点在于
(1)由于网络时延与网络拓扑结构、通信协议、网络负载、网络带宽和数据包大 小等因素有关.对大于数个乃至数十个采样周期的网络时延，要建立准确的预测、估计或 辨识的数学模型，目前几乎是不可能的.
(2)发生在前一个节点向后一个节点传输网络数据过程中的网络时延，在前一个 节点中无论采用何种预测或估计方法，都不可能事先提前知道其后产生的网络时延的准 确值.时延导致系统性能下降甚至造成系统不稳定，同时也给控制系统的分析与设计带来 困难.
(3)要满足网络串级控制系统中，不同分布地点的所有节点时钟信号完全同步是不现实的.
针对网络仅存在于主变送(控制)器节点与执行(副控制)器节点之间(外前向 网络)，以及副变送器节点与执行(副控制)器节点之间(内反馈网络)的如图2所示的 网络串级控制系统，其输入R(S)与输出Y1(S)之间的闭环传递函为 _ 1 KG)=C^e^C^GMG.js)L 」 尺⑷ 1 + C1 (s)e vC2 (S)G2 (S)G1 ( ) + C2 (s)G2 (s)e~v、)
式中C1(S)是主控制器，C2(S)是副控制器；G1(S)是主被控对象，G2(S)是 副被控对象；τ工表示将网络数据从主变送(控制)器节点传输到执行(副控制)器节点 之间所产生的非确定性网络时延；τ 2表示将网络数据从副变送器节点传输到执行(副控 制)器节点所产生的非确定性网络时延.
由于等式⑴所示的闭环传递函数的分母中包含网络时延τ工和τ 2的指数项 和广“，时延的存在将恶化系统的控制性能质量，甚至导致系统失去稳定性，严重时可使系 统出现故障.
降低时延对系统稳定性影响的关键，就在于能否实现将主变送(控制)器节点与 执行(副控制)器节点之间的网络时延τ工的指数项和副变送器到执行(副控制)器节 点之间的网络时延τ2的指数项6 从等式(1)的分母中去除，即实现系统闭环特征方程 中不包含所有网络时延的指数项，进而实现对网络时延的补偿.然而，要实现对网络时延 的补偿，首先必须知道网络时延的大小.目前，国内外通常采用的方法是通过对网络时延 ^和12的测量，来补偿时延^和τ2对系统稳定性的影响.但是，由于对网络时延T1 和τ2的准确测量需要满足节点时钟信号同步的要求，若采用硬件来实现节点时钟信号完 全同步，则需要较大的经济投入；若采用软件校正时钟信号，则由于校正信号在节点间 传输时，可能遭遇网络时延的影响，难以实现节点时钟完全同步.若采用对网络时延进行 估计、观测、辨识或预测的方法来获得网络时延的大小，则首先必须知道网络时延的准 确概率分布，或准确的数学模型，但由于网络时延的大小与具体的网络协议、网络负载 大小以及网络拓扑结构等因素有关，对网络时延的估计、观测、辨识或预测都可能存在 偏差.
因此，如何免除对节点时钟信号同步的要求，免除对节点之间网络时延的估 计、观测、辨识或预测，同时又能获得节点之间准确的时延值，进而实现对网络串级控 制系统外前向与内反馈通路非确定性网络时延的补偿作用，已成为网络串级控制系统研 究中需要解决的关键问题之一.发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种涉及网络仅存在于主变送(控制)器 节点与执行(副控制)器节点之间(外前向网络)，以及副变送器节点与执行(副控制) 器节点之间(内反馈网络)的网络串级控制系统的非确定性网络时延的补偿方法.
本发明的目的
针对网络串级控制系统中，网络时延“测不准”的难题，本发明提出了一种免 除对节点时钟信号同步的要求，同时也免除对其节点之间非确定性网络时延的测量、估 计或辨识的时延补偿方法，实现对网络时延的分段、实时、在线和动态的补偿与控制.
本发明采用的方法是
第一步采用主变送(控制)器节点到执行(副控制)器节点之间的真实网络数 据传输过程代替其间网络时延的补偿模型，从而在结构上实现系统不包含其间网络时延 的补偿模型.无论从主变送(控制)器节点到执行(副控制)器节点之间的网络通路有多 么复杂和不确定，也无论其间包括有多少个路由器或(和)中间环节，信息流所经历的网 络时延就是控制过程中真实的网络时延，信息流传输过程中就已实现了对其时延的补偿 功能.
第二步采用副变送器节点到执行(副控制)器节点之间的真实网络数据传输过 程代替其间网络时延的补偿模型，从而在结构上实现系统不包含其间网络时延的补偿模 型.无论从副变送器节点到执行(副控制)器节点之间的网络通路有多么复杂和不确定， 也无论其间包括有多少个路由器或(和)中间环节，信息流所经历的网络时延就是控制过 程中真实的网络时延，信息流传输过程中就已实现了对其时延的补偿功能.
第三步针对图2所示的网络串级控制系统，实施本发明方法的网络时延补偿 结构如图3所示.
在图3中，从系统的输入R(S)与输出Y1(S)之间的闭环传递函数为！；⑴1 +C2(^)G2 (5)「ηηΜ -ll^- =-2V ‘ 2V ‘--(2)LUUZ0」 卿 t | C.^K-q^^tG.^-G,^.)] , Cl(S)C2m(S)G2m(S)Glm(S)、’l + C2(5)G2(i)^Clm{s)G2m{s)
当主副被控对象预估模型等于其真实模型，即Glm(S) =G1(S), G2m(S)= G2(S),副控制器满足C2m(S) = C2(S)时，式(2)可化简为Γηη.7 协)= Cl(S)e^C2(S)G2(S)G1(S)LUU"」m 1 + C2 (S)G2 (S) + C1 (S)C2 (S)G2 (S)G1 (s)()
式(3)所示的网络串级控制系统的闭环传递函数分母中，不包含网络时延^和 τ 2的指数项"和P1 ,即实现了闭环特征方程1+C2 (s) G2 (S) +C1 (s) C2 (S) G2 (S) G1 (s) = 0中 不包含网络时延的指数项，从而消除了网络时延对系统稳定性的影响，提高了系统的控 制性能质量，实现了对非确定性网络时延的补偿功能.
本发明的适用范围
本发明适用于网络串级控制系统中，主副被控对象数学模型已知，系统存在一 定的干扰信号，网络可存在一定的数据丢包，网络仅存在于主变送(控制)器节点与执行 (副控制)器节点之间(外前向网络通路)，以及副变送器节点与执行(副控制)器节点 之间(内反馈网络通路)的非确定性网络时延的补偿与控制.
本发明的特征在于该方法包括以下步骤
1、当主变送(控制)器节点被采样周期Ii1触发时，将采用方式A进行工作；
2、当主变送(控制)器节点将控制信号U1 (S)通过外前向网络通路向执行(副控 制)器节点传输时，将采用方式B进行工作；
3、当副变送器节点被采样周期Ii2触发时，将采用方式C进行工作；
4、当副变送器节点将副被控对象的输出信号Y2(S)通过内反馈网络通路向执行 (副控制)器节点传输时，将采用方式D进行工作；
5、当执行(副控制)器节点被控制信号U1 (S)或(和)经由内反馈网络通路的信号Y2 (S)触发时，将采用方式E进行工作.
方式A的步骤包括
Al 主变送(控制)器节点工作于时间驱动方式，其触发采样周期为Ii1 ；
A2 主变送(控制)器节点被触发后，对主被控对象G1 (S)的输出信号Y1 (S)和 主被控对象的预估模型Glm(S)的输出信号ylm(s)进行采样；
A3 对Y1 (S)和ylm(s)实施相减运算，得到模型偏差信号W1 (S)；
A4 将系统给定信号R(S)与W1 (S)和In1 (S)实施相减运算，得到外回路系统误 差信号ei (S)；
A5 对ei (S)实施主控制器C1 (S)运算，得到控制信号U1 (S)；
A6将！^⑷作为给定信号，作用于副控制器的预估算法C2m(S)与副被控对象 的预估模型G2m(S)构成的负反馈回路，其输出为y。g2m(s)；
A7 将 ycg2m(s)作用于 Glm(S)，其输出为 In1 (s).
方式B的步骤包括
Bl 主变送(控制)器节点将控制信号U1 (S)，通过外前向网络通路向执行(副 控制)器节点传输.
方式C的步骤包括
Cl:副变送器节点工作于时间驱动方式，其触发采样周期为Il2;
C2 副变送器节点被触发后，对副被控对象G2 (S)的输出信号Y2 (S)进行采样.
方式D的步骤包括
Dl:副变送器节点将副被控对象的输出信号Y2(S),通过内反馈网络通路向执 行(副控制)器节点传输.
方式E的步骤包括
El 执行(副控制)器节点工作于事件驱动方式；
E2 执行(副控制)器节点被控制信号U1 (S)或(和)经由内反馈网络通路的信 Y2(s)触发；
E3 在执行(副控制)器节点中，将 ⑷与来自内反馈网络通路的信号Y2(S) 相加减，得到内回路系统误差信号A(S)；
E4 将A(S)与来自现场副变送器的信号Y2(S)相减，得到内回路系统误差信号 e3(s)；
E5 对e3 (s)实施副控制算法C2 (S)，得到控制信号U2 (s)；
E6 将112(8)作为驱动信号，对副被控对象G2 (S)实施控制，从而改变G2 (S)的 状态，进而改变G1 (s)的状态，实现对G1 (S)与G2 (S)的控制作用.
6、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于主变送(控制)器节点是由主变送 器内嵌主控制器C1 (S)所组成，即主变送器和主控制器共用同一个节点；主变送(控制) 器节点采用时间驱动触发工作方式(采样周期为Ii1).
7、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于执行(副控制)器节点是由执行器 内嵌副控制器C2(s)所组成，即副控制器和执行器共用同一个节点，节点采用事件驱动触 发工作方式(触发信号为U1 (s)或(和)来自内反馈网络通路的信号Y2(S)).
8、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于系统包含主变送(控制)器节点、副变送器节点、执行(副控制)器节点、主被控对象和副被控对象等单元，各单元依照各 自设定的工作方式进行工作.
9、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于用真实的从主变送(控制)器节点 到执行(副控制)器节点之间外回路前向网络通路的网络数据传输过程代替其间网络时延 补偿模型，从而在结构上实现系统不包含其间网络时延的补偿模型.
10、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于用真实的从副变送器节点到执行 (副控制)器节点之间内回路反馈网络通路的网络数据传输过程代替其间网络时延补偿模 型，从而在结构上实现系统不包含其间网络时延的补偿模型.
11、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于从结构上免除对从主变送(控制) 器节点到执行(副控制)器节点之间网络时延的测量、观测、估计或辨识.
12、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于从结构上免除对副变送器节点到 执行(副控制)器节点之间网络时延的测量、观测、估计或辨识.
13、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于从结构上免除对主变送(控制)器 节点、副变送器节点和执行(副控制)器节点时钟信号同步的要求.
14、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于从结构上实现网络时延补偿方法 的实施与具体控制策略C1 ω和C2 (s)的选择无关.
15、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于从结构上实现网络时延补偿方法 的实施与具体网络通信协议的选择无关.
16、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于当主副被控对象G1 (S)、G2(S)与 其预估模型Glm(S)、G2m(S)相等，副控制器C2(S)与其预估模型C2m(S)相等时，可实现 对网络串级控制系统外前向与内反馈通路非确定性网络时延的完全补偿，提高系统的控 制性能质量.
17、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于采用的是“软”改变控制系统结 构的补偿方法，无需再增加任何硬件设备，利用现有网络串级控制系统智能节点自带的 软件资源，就足以实现其补偿功能.
18、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于方式A适用于主变送(控制)器节 点周期采样并对信号进行处理.
19、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于方式B适用于主变送(控制)器节 点传输网络数据.
20、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于方式C适用于副变送器节点周期 采样.
21、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于方式D适用于副变送器节点传输 网络数据.
22、本发明所述的时延补偿方法，其特征在于方式E适用于执行(副控制)器节 点实施副控制算法，并对副被控对象实施控制作用.
本发明具有如下优点
1、由于从结构上免除了对主变送(控制)器节点到执行(副控制)器节点之 间(外回路前向通路)，以及副变送器节点到执行(副控制)器节点之间(内回路反馈通 路)非确定性网络时延的测量、观测、估计或辨识，同时还免除了节点时钟信号同步的要求，进而避免了时延估计模型不准确造成的估计误差，避免了对时延辨识所需耗费节 点存贮资源的浪费，同时还避免了由于时延造成的“空采样”或“多采样”带来的补偿误差.
2、由于从结构上实现了与具体的网络通信协议的选择无关，因而既适用于采用 有线网络协议的网络串级控制系统，亦适用于无线网络协议的网络串级控制系统；既适 用于确定性网络协议，亦适用于非确定性的网络协议.
3、由于从结构上实现了与具体的网络通信协议的选择无关，因而既适用于基于 有线网络协议的异构网络串级控制系统，亦适用于基于无线网络协议的异构网络串级控 制系统，同时还适用于异质(如有线与无线混杂)的网络串级控制系统的时延补偿.
4、由于从结构上实现了与具体的主(副)控制器的控制策略的选择无关，因而 既可用于采用常规控制的网络串级控制系统，亦可用于采用智能控制或采用复杂控制策 略的网络串级控制系统.
5、由于本发明采用的是“软”改变控制系统结构的补偿方法，因而在其实现过 程中无需再增加任何硬件设备，利用现有网络串级控制系统智能节点自带的软件资源， 就足以实现其补偿功能，因而可节省硬件投资，便于推广和应用.
图1为网络仅存在于前向通路中的网络串级控制系统方框图.
图2为网络仅存在于前向通路中的网络串级控制系统结构图.
图3为本发明所述的网络串级控制系统外前向与内反馈通路非确定性时延补偿 方法结构图
在图1的方框图中，系统由输入信号(R)，主变送(控制)器M1Z^C1)节点，外 前向网络，副变送器62)节点，内反馈网络，执行(副控制)器(A/C2)节点，副被控对 象(G2)及其输出(Y2)，以及主被控对象(G1)及其输出(Y1)所组成.
主变送器中内置主控制器，即主变送器和主控制器共用同一个节点(SZC1X), 节点采用时间驱动方式进行工作，触发周期为Il1,对主被控对象实施周期采样，并对偏 差信号实施C1控制.
副变送器为一独立节点，采用时间驱动方式进行工作，触发周期为:h2，对 副被控对象实施周期采样.
执行器内置副控制器，即执行器和副控制器共用同一个节点(A/C2)，采用事件 驱动方式进行工作，由主变送(控制)器^/C1)节点输出信号或(和)副变送器节 点的输出信号通过网络来触发，其节点的输出信号驱动执行机构，从而改变副被控对象 (G2)的状态，进而改变主被控对象(G1)的状态.
图1中系统的主变送(控制)器M1Z^C1)节点，副变送器节点以及执行(副 控制)器(A/C2)节点都是智能节点，不仅具备存贮运算与通信功能，而且还具备软件组 态与控制功能，这些节点包括现已广泛应用的工业现场总线控制系统(FCS)和集散控制 系统(DCS)中常见的智能节点或智能设备等硬件.
在图2的系统中，数据传输中的非确定性网络时延对于系统的稳定性和控制性 能质量有着显著的影响.网络串级控制系统的数据传输经历着从主变送(控制)器节点到执行(副控制)器节点之间(外前向网络通路)的网络数据传输时延τ”以及副变送器 节点到执行(副控制)器节点之间(内回路反馈网络通路)的网络数据传输时延τ2的影 响.时延与具体的网络协议、网络负载大小以及网络拓扑结构等因素有关，对于网络时延 的测量、或估计、或观测、或辨识已成为实现对其补偿的关键前提条件.然而，通过网络 连接的各个节点的分布性使得网络串级控制系统中的各个节点很难满足时钟信号同步的 要求，同时，由于网络时延的非确定性和突发性，要做到每一步都能准确预测是不可能 的.
在图3的系统中，不包含从主变送(控制)器节点到执行(副控制)器节点之间 (外回路前向通路)的网络时延预估模型，也不包含从副变送器节点到执行(副控制)器 节点之间(内回路反馈通路)的网络时延预估模型.免除了对非确定性网络时延^和τ2 的测量、估计、观测或辨识，同时也免除了对(主变送(控制)器、副变送器、执行(副 控制)器)节点时钟信号同步的要求.当主副被控对象与其预估模型，以及副控制器及其 预估模型相等时，可实现从系统的输入信号R(S)到系统的输出信号Y1 (S)的闭环传递函 数中，将网络时延^和T2的指数项广“和广“从分母中消除，即实现闭环特征方程中不包 含网络时延^和τ2的指数项，从而降低了时延对系统稳定性的影响，提高了系统的控 制性能质量，实现对非确定性网络时延的补偿与控制.具体实施方式
下面将通过参照附图3详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术 人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点.
具体实施步骤如下所述
第一步工作于时间驱动方式的主变送(控制)器节点对主被控对象G1 (S)的输 出信号Y1 (S)和其预估模型Glm(S)的输出信号ylm(s)进行周期采样(采样周期为hi)，并 对Y1 (S)和ylm(s)实施相减运算，得到模型偏差信号W1 (s)；将系统给定信号R(S)减去 W1(S)与In1 (s)，得到误差信号ei (S)，并对ei(s)实施C1 (S)控制，其输出信号为U1 (S): 一方面，将^i1(S)作为节点内由副控制器的预估模型C2m(S)和副被控对象的预估模型 G2m(S)构成的负反馈回路的给定输入信号；另一方面，将U1 (S)作为执行(副控制)器节 点的给定信号；
第二步通过外回路前向网络通路将U1 (S)传输到执行(副控制)器节点，并触 发其节点处于工作状态；
第三步工作于时间驱动方式的副变送器节点对副被控对象G2(S)的输出信号 Y2(S)进行周期采样(采样周期为Ii2)；
第四步通过内回路反馈网络通路将Y2 (S)传输到执行(副控制)器节点，并触 发其节点处于工作状态；
第五步副控制/执行器节点被U1 (S)或(和)经由内反馈网络通路的信号Y2(S) 触发后，将信号U1 (S)与信号Y2 (S)相加减，得到误差信号A (S)；将4(8)与来自现场副 变送器的信号Y2 (S)相减，得到误差信号h (s) ； Xie3(S)实施C2 ω控制，其控制输出信 号为U2(S),将112(3)驱动执行机构，从而改变副被控对象G2 (s)的状态，进而改变主被控 对象G1 (s)的状态；
第六步返回第一步.
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内.
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.网络串级控制系统外前向与内反馈通路非确定性时延补偿方法，其特征在于该方 法包括以下步骤(1).当主变送(控制)器节点被采样周期Ii1触发时，将采用方式A进行工作；(2).当主变送(控制)器节点将控制信号U1(S)通过外前向网络通路向执行(副控制) 器节点传输时，将采用方式B进行工作；(3).当副变送器节点被采样周期h2触发时，将采用方式C进行工作；(4).当副变送器节点将副被控对象的输出信号Y2(S)通过内反馈网络通路向执行(副 控制)器节点传输时，将采用方式D进行工作；(5).当执行(副控制)器节点被控制信号U1(S)或(和)经由内反馈网络通路的信号 Y2(S)触发时，将采用方式E进行工作.
2.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于所述方式A的步骤包括 Al 主变送(控制)器节点工作于时间驱动方式，其触发采样周期为Ii1 ；A2 主变送(控制)器节点被触发后，对主被控对象G1 (S)的输出信号Y1 (S)和主被 控对象的预估模型Glm(S)的输出信号ylm(s)进行采样；A3对\(8)和ylm(s)实施相减运算，得到模型偏差信号W1 (S)； A4将系统给定信号R(S)与^⑷和！^⑷实施相减运算，得到外回路系统误差信 号 C1 (S)；A5对61(8)实施主控制器C1 (S)运算，得到控制信号U1 (S)； A6将％(8)作为给定信号，作用于副控制器的预估算法C2m(S)与副被控对象的预 估模型G2m(S)构成的负反馈回路，其输出为y。g2m(s)； A7 将、201 (s)作用于Glm(s)，其输出为叫⑷.
3.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于所述方式B的步骤包括Bi:主变送(控制)器节点将控制信号U1 (S)，通过外前向网络通路向执行(副控制) 器节点传输.
4.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于所述方式C的步骤包括 Cl:副变送器节点工作于时间驱动方式，其触发采样周期为h2;C2副变送器节点被触发后，对副被控对象G2(S)的输出信号Y2(S)进行采样.
5.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于所述方式D的步骤包括Dl:副变送器节点将副被控对象的输出信号Y2 (S)，通过内反馈网络通路向执行(副 控制)器节点传输.
6.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于所述方式E的步骤包括 El 执行(副控制)器节点工作于事件驱动方式；E2执行(副控制)器节点被控制信号U1 (S)或(和)经由内反馈网络通路的信号 Y2(S)触发；E3在执行(副控制)器节点中，将^⑷与来自内反馈网络通路的信号Y2(S)相加 减，得到内回路系统误差信号e2 (S)；E4将^⑷与来自现场副变送器的信号Y2(S)相减，得到内回路系统误差信号 e3(s)；E5 ^e3(S)实施副控制算法C2 (s)，得到控制信号U2 (S)；E6将112(8)作为驱动信号，对副被控对象G2(S)实施控制，从而改变仏⑷的状 态，进而改变G1 (s)的状态，实现对G1 (S)与仏⑷的控制作用.
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于主变送(控制)器节点是由主变送器内嵌 主控制器仏⑷所组成，即主变送器和主控制器共用同一个节点，主变送(控制)器节点 采用时间驱动触发工作方式(采样周期为Ii1).
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于执行(副控制)器节点是由执行器内嵌副 控制器C2(S)所组成，即副控制器和执行器共用同一个节点，节点采用事件驱动触发工作 方式(触发信号为U1 (s)或(和)来自内反馈网络通路的信号Y2(S)).
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于系统包含主变送(控制)器节点、副变送 器节点、执行(副控制)器节点、主被控对象和副被控对象等单元，各单元依照各自设定 的工作方式进行工作.
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用真实的从主变送(控制)器节点到执 行(副控制)器节点之间外回路前向网络通路的网络数据传输过程代替其间网络时延补偿 模型，以及用真实的从副变送器节点到执行(副控制)器节点之间内回路反馈网络通路的 网络数据传输过程代替其间网络时延补偿模型，从而在结构上实现系统不包含网络时延 的补偿模型.
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于从结构上免除对从主变送(控制)器节 点到执行(副控制)器节点之间，以及副变送器节点到执行(副控制)器节点之间网络时 延的测量、观测、估计或辨识；免除对主变送(控制)器节点、副变送器节点和执行(副 控制)器节点时钟信号同步的要求.
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于从结构上实现网络时延补偿方法的实施 与具体控制策略C1(S)和C2 (S)的选择无关，与具体网络通信协议的选择无关.
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当主副被控对象G1(S)、G2(S)与其预估 模型Glm(S)、G2m(S)相等，副控制器C2(S)与其预估模型C2m(S)相等时，可实现对网络 串级控制系统外前向与内反馈通路非确定性网络时延的完全补偿，提高系统的控制性能 质量.
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用的是“软”改变控制系统结构的补 偿方法，无需再增加任何硬件设备，利用现有网络串级控制系统智能节点自带的软件资 源，就足以实现其补偿功能.
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于方式A适用于主变送(控制)器节点周 期采样并对信号进行处理；方式B适用于主变送(控制)器节点传输网络数据；方式C 适用于副变送器节点周期采样；方式D适用于副变送器节点传输网络数据；方式E适用 于执行(副控制)器节点实施副控制算法，并对副被控对象实施控制作用。
全文摘要
本发明提出一种网络串级控制系统外前向与内反馈通路非确定性时延补偿方法，属于网络控制系统技术领域.它采用真实的网络串级控制系统外前向通路节点，以及内反馈通路节点之间的网络数据传输过程，代替其间网络时延补偿模型，免除对节点之间网络数据传输非确定性时延的测量、观测、估计或辨识，免除对节点时钟信号同步的要求.采用本方法可降低非确定性网络时延对系统稳定性的影响，提高系统的控制性能质量.本发明适用于主副被控对象数学模型已知，系统存在一定的干扰信号，网络可存在一定的数据丢包，网络仅存在于网络串级控制系统外前向与内反馈通路中的非确定性网络时延的动态补偿与控制。
文档编号H04L7/00GK102023626SQ20101055710
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者杜文才, 杜锋 申请人:海南大学