本發明(ming)涉及(ji)(ji)自動(dong)控制技術，網絡(luo)通信技術和計(ji)算機(ji)技術的(de)交叉(cha)領域，尤其涉及(ji)(ji)帶寬資(zi)源有限的(de)多輸入多輸出網絡(luo)解(jie)耦控制系(xi)統技術領域。

背景技術：

通過實時(shi)通信網絡構成的(de)(de)閉環反(fan)饋控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)，稱為網絡控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(networkedcontrolsystems，ncs)。ncs是集通信網絡和控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)于一體(ti)的(de)(de)分布(bu)式控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)，同時(shi)具(ju)備信號處理、優化決策和控(kong)(kong)制(zhi)操作的(de)(de)功能，ncs的(de)(de)典(dian)型結(jie)構如圖1所示。

與傳統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)點(dian)對點(dian)直(zhi)接(jie)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)(tong)(tong)相比，ncs的(de)(de)最大特(te)點(dian)是(shi)系統(tong)(tong)(tong)中的(de)(de)傳感器、控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器和(he)(he)執行器并(bing)不是(shi)直(zhi)接(jie)的(de)(de)點(dian)對點(dian)連接(jie)，而是(shi)通過公(gong)共網絡(luo)交換數據和(he)(he)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)信息(xi)，打破了(le)傳統(tong)(tong)(tong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)(tong)(tong)在空間位置(zhi)上的(de)(de)限制(zhi)(zhi)(zhi)，可實(shi)現復雜環境(jing)下(xia)的(de)(de)系統(tong)(tong)(tong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)和(he)(he)遠程監控(kong)(kong)，降低系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)布線復雜度及(ji)運作管理成本，提(ti)高控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)信息(xi)集成，增強系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)柔性和(he)(he)可靠性。

ncs憑(ping)借其(qi)交互性強、布線少、擴展和維護方便以及能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)資(zi)源共享等優點，廣(guang)泛應用(yong)于國防、航空(kong)航天(tian)、設備制(zhi)造、智(zhi)能(neng)交通、過程(cheng)控(kong)制(zhi)及經濟管理等領域。

但是，在(zai)反饋控制(zhi)回路中加(jia)(jia)入通(tong)信網絡(luo)的(de)同(tong)時(shi)，也增(zeng)加(jia)(jia)了控制(zhi)系統分析和設計的(de)復(fu)雜性。由(you)于網絡(luo)時(shi)延、數(shu)據丟(diu)包以及網絡(luo)擁塞(sai)等現象的(de)存(cun)在(zai)，使(shi)得ncs面臨諸多新的(de)挑戰。尤其是不確(que)知(zhi)網絡(luo)時(shi)延的(de)存(cun)在(zai)，可降低(di)ncs的(de)控制(zhi)質量，甚至使(shi)系統失去穩(wen)定性，嚴重時(shi)可能導(dao)致(zhi)系統出現故障。

目前，國(guo)內(nei)外關(guan)于(yu)ncs的(de)研(yan)(yan)究，主要是(shi)針對(dui)(dui)(dui)單輸(shu)(shu)(shu)(shu)入單輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(single-inputandsingle-output，siso)網絡控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)，分(fen)別在(zai)網絡時延已知、未(wei)知或(huo)(huo)不確(que)定，網絡時延小于(yu)一(yi)(yi)個(ge)采樣周(zhou)期(qi)或(huo)(huo)大于(yu)一(yi)(yi)個(ge)采樣周(zhou)期(qi)，單包(bao)(bao)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)或(huo)(huo)多(duo)包(bao)(bao)傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)，有無數據包(bao)(bao)丟失等情況(kuang)下，對(dui)(dui)(dui)其進行(xing)數學建模或(huo)(huo)穩定性分(fen)析與控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。但(dan)針對(dui)(dui)(dui)實際(ji)工業過程(cheng)中，普遍存(cun)在(zai)的(de)至(zhi)少(shao)(shao)包(bao)(bao)含兩輸(shu)(shu)(shu)(shu)入兩輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(two-inputandtwo-output，tito)的(de)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)所構成的(de)多(duo)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入多(duo)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出(multiple-inputandmultiple-output，mimo)網絡控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)的(de)研(yan)(yan)究則相(xiang)對(dui)(dui)(dui)較少(shao)(shao)，尤其是(shi)針對(dui)(dui)(dui)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入與輸(shu)(shu)(shu)(shu)出信號之(zhi)間，存(cun)在(zai)耦合作(zuo)用需要通過解耦處(chu)理(li)的(de)多(duo)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入多(duo)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出網絡解耦控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(networkeddecouplingcontrolsystems，ndcs)時延補(bu)償的(de)研(yan)(yan)究成果則相(xiang)對(dui)(dui)(dui)更少(shao)(shao)。

mimo-ndcs的典型結構如圖(tu)2所(suo)示。

與siso-ncs相比，mimo-ndcs具有以下(xia)特點：

(1)輸入信號(hao)與輸出信號(hao)之間彼此影響并存在耦合作用

在存在耦(ou)合作用(yong)的(de)(de)(de)mimo-ncs中(zhong)，一個(ge)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)變化(hua)將會(hui)使多個(ge)輸(shu)出信(xin)號(hao)發生變化(hua)，而各個(ge)輸(shu)出信(xin)號(hao)也(ye)不只受(shou)到一個(ge)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)影響。即使輸(shu)入(ru)與輸(shu)出信(xin)號(hao)之(zhi)(zhi)間經過精心選擇配對，各控制(zhi)回路之(zhi)(zhi)間也(ye)難免存在著相互影響，因而要使輸(shu)出信(xin)號(hao)獨立地跟(gen)蹤(zong)各自的(de)(de)(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)是有困難的(de)(de)(de)。mimo-ndcs中(zhong)的(de)(de)(de)解(jie)耦(ou)器，用(yong)于(yu)解(jie)除或(huo)降(jiang)低多輸(shu)入(ru)多輸(shu)出信(xin)號(hao)之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)耦(ou)合作用(yong)。

(2)內部結(jie)構比siso-ncs要復(fu)雜得多(duo)

(3)被控對(dui)象可能存在不確定性因素

在mimo-ndcs中，涉及的參數較多(duo)，各控(kong)制(zhi)回路間的聯(lian)系較多(duo)，參數變動對整體(ti)控(kong)制(zhi)效果的影響會變得很復雜。

(4)控制部件失效

在(zai)mimo-ndcs中，至(zhi)(zhi)少(shao)包含有(you)兩(liang)個或兩(liang)個以上的(de)閉環控(kong)制回路，至(zhi)(zhi)少(shao)包含有(you)兩(liang)個或兩(liang)個以上的(de)傳感器和執行器。每(mei)一個元件的(de)失效都可(ke)能影響整個控(kong)制系統(tong)的(de)性能，嚴重時會(hui)使控(kong)制系統(tong)不穩(wen)定，甚至(zhi)(zhi)造(zao)成重大事(shi)故。

由于(yu)(yu)mimo-ndcs的上述特殊性，使得大部分基于(yu)(yu)siso-ncs進(jin)行設(she)計(ji)與(yu)控制的方(fang)法(fa)，已無法(fa)滿(man)足mimo-ndcs的控制性能與(yu)控制質量(liang)的要求，使其不(bu)能或不(bu)能直接應用于(yu)(yu)mimo-ndcs的設(she)計(ji)與(yu)分析中，給mimo-ndcs的控制與(yu)設(she)計(ji)帶來了(le)一定(ding)的困(kun)難(nan)。

對(dui)于mimo-ndcs，網(wang)絡(luo)時延補(bu)償與控(kong)制的難點主要(yao)在于：

(1)由于網(wang)(wang)絡(luo)(luo)(luo)時延與網(wang)(wang)絡(luo)(luo)(luo)拓撲結構、通信協議、網(wang)(wang)絡(luo)(luo)(luo)負(fu)載(zai)、網(wang)(wang)絡(luo)(luo)(luo)帶(dai)寬和數據包大(da)小等(deng)因素(su)有關，對大(da)于數個(ge)乃至數十個(ge)采樣周期的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)(luo)時延，要建立(li)mimo-ndcs中(zhong)各個(ge)控制回路的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)(luo)時延準(zhun)確(que)的(de)(de)預(yu)測、估計或辨(bian)識(shi)的(de)(de)數學模型，目前幾(ji)乎是(shi)不可能的(de)(de)。

(2)發(fa)生(sheng)在(zai)mimo-ndcs中，前一(yi)個節(jie)點向后一(yi)個節(jie)點傳輸網絡數據過程中的(de)網絡時延，在(zai)前一(yi)個節(jie)點中無論采(cai)用何(he)種預(yu)測或估計(ji)方法，都不可能事先提前知道其(qi)后產生(sheng)的(de)網絡時延準(zhun)確(que)值。時延導致系(xi)統性能下降甚至造(zao)成系(xi)統不穩定，同(tong)時也給控制(zhi)系(xi)統的(de)分析與設計(ji)帶來困(kun)難。

(3)要(yao)滿足mimo-ndcs中(zhong)，不同(tong)分布地點的所(suo)有節點時鐘信號完全同(tong)步是不現實(shi)的。

(4)由(you)于mimo-ncs中，輸(shu)入與(yu)輸(shu)出(chu)之間(jian)彼此影響(xiang)，并存(cun)在耦(ou)合作用，其(qi)mimo-ndcs的內部結構要比(bi)mimo-ncs和siso-ncs復(fu)雜，可(ke)能(neng)存(cun)在的不確定性因素(su)較多，對其(qi)實施時延補償(chang)與(yu)控制(zhi)要比(bi)mimo-ncs和siso-ncs困(kun)難得多。

技術實現要素：

本發明涉及mimo-ndcs中的(de)一種兩輸入(ru)兩輸出網絡(luo)解耦控制系統(tong)(tito-ndcs)不確知(zhi)時延的(de)補償與控制，其tito-ndcs的(de)典型結構如圖3所示。

針對圖3中的(de)閉環控制回路1：

1)從(cong)輸入信號x1(s)到輸出信號y1(s)之間(jian)的閉環傳遞函(han)數為：

式中：c1(s)是(shi)控(kong)制(zhi)(zhi)單元(yuan)，g11(s)是(shi)被控(kong)對象(xiang)；τ1表示將(jiang)控(kong)制(zhi)(zhi)解耦(ou)器(qi)(qi)cd1節(jie)(jie)點輸(shu)出(chu)信號u1a(s)，經前向網(wang)絡通(tong)路傳輸(shu)到(dao)執行器(qi)(qi)a1節(jie)(jie)點所(suo)經歷(li)的網(wang)絡時延；τ2表示將(jiang)輸(shu)出(chu)信號y1(s)從傳感器(qi)(qi)s1節(jie)(jie)點，經反饋網(wang)絡通(tong)路傳輸(shu)到(dao)控(kong)制(zhi)(zhi)解耦(ou)器(qi)(qi)cd1節(jie)(jie)點所(suo)經歷(li)的網(wang)絡時延。

2)來自閉環控制回路2控制解耦器cd2節點的信號u2a(s)，通過交叉解耦通道傳遞函數p12(s)和網絡通路單元作用于(yu)閉(bi)(bi)環(huan)控(kong)(kong)制回路(lu)1；以及來自閉(bi)(bi)環(huan)控(kong)(kong)制回路(lu)2執行器a2節點的輸(shu)出信(xin)(xin)號(hao)(hao)u2a(s)，通過(guo)被控(kong)(kong)對象交(jiao)叉通道傳(chuan)遞函數g12(s)影響閉(bi)(bi)環(huan)控(kong)(kong)制回路(lu)1的輸(shu)出信(xin)(xin)號(hao)(hao)y1(s)，從輸(shu)入(ru)信(xin)(xin)號(hao)(hao)u2a(s)到輸(shu)出信(xin)(xin)號(hao)(hao)y1(s)之間閉(bi)(bi)環(huan)傳(chuan)遞函數為：

上述閉環傳遞函數等式(1)和(2)的分母中，包含了不確知網絡時延τ1和τ2的指數項和時延的(de)存在將惡(e)化(hua)控制(zhi)系(xi)統的(de)性(xing)能(neng)質量，甚至(zhi)導致系(xi)統失去穩定性(xing)。

針對圖3中的閉(bi)環控制回路2：

1)從輸入(ru)信(xin)號(hao)x2(s)到輸出信(xin)號(hao)y2(s)之間的閉環傳遞函數為：

式(shi)中：c2(s)是控(kong)制單元，g22(s)是被控(kong)對(dui)象；τ3表示(shi)將(jiang)控(kong)制解(jie)耦器(qi)cd2節(jie)點(dian)輸出信號(hao)u2a(s)，經前向(xiang)網絡(luo)通(tong)路傳輸到執行器(qi)a2節(jie)點(dian)所(suo)(suo)經歷的(de)網絡(luo)時延；τ4表示(shi)將(jiang)輸出信號(hao)y2(s)從傳感器(qi)s2節(jie)點(dian)，經反饋(kui)網絡(luo)通(tong)路傳輸到控(kong)制解(jie)耦器(qi)cd2節(jie)點(dian)所(suo)(suo)經歷的(de)網絡(luo)時延。

2)來自閉環控制回路1控制解耦器cd1節點的信號u1a(s)，通過交叉解耦通道傳遞函數p21(s)和網絡通路單元(yuan)作用于(yu)閉(bi)環(huan)控制回路2；以及(ji)來(lai)自閉(bi)環(huan)控制回路1執行器a1節點的(de)輸(shu)出信號(hao)u1a(s)，通(tong)過被控對(dui)象交(jiao)叉通(tong)道傳遞函數g21(s)影響閉(bi)環(huan)控制回路2的(de)輸(shu)出信號(hao)y2(s)，從輸(shu)入信號(hao)u1a(s)到輸(shu)出信號(hao)y2(s)之間(jian)閉(bi)環(huan)傳遞函數為：

上述閉環傳遞函數等式(3)和(4)的分母中，包含了不確知網絡時延τ3和τ4的指數項和時延的(de)存在將惡化控制系統的(de)性能質量，甚至導致系統失去穩定性。

發明目的：

針對圖3的tito-ndcs，其閉環控制回路1的閉環傳遞函數等式(1)和(2)的分母中，均包含了網絡時延τ1和τ2的指數項和以及閉環控制回路2的閉環傳遞函數等式(3)和(4)的分母中，均包含了網絡時延τ3和τ4的指數項和時延(yan)的存在會(hui)降低各(ge)自(zi)閉(bi)環控(kong)制(zhi)(zhi)回路的控(kong)制(zhi)(zhi)性(xing)(xing)能質量并影(ying)響(xiang)各(ge)自(zi)閉(bi)環控(kong)制(zhi)(zhi)回路的穩(wen)定性(xing)(xing)，同時也(ye)將(jiang)降低整個(ge)系統的控(kong)制(zhi)(zhi)性(xing)(xing)能質量并影(ying)響(xiang)整個(ge)系統的穩(wen)定性(xing)(xing)，嚴重時將(jiang)導致整個(ge)系統失去(qu)穩(wen)定性(xing)(xing)。

為此，針(zhen)對(dui)(dui)圖3中的(de)(de)閉(bi)(bi)環(huan)(huan)控(kong)制(zhi)回(hui)路(lu)(lu)1，提(ti)出一種基于(yu)imc(internalmodelcontrol，imc)的(de)(de)時(shi)(shi)延(yan)補(bu)償方法(fa)；針(zhen)對(dui)(dui)閉(bi)(bi)環(huan)(huan)控(kong)制(zhi)回(hui)路(lu)(lu)2，提(ti)出一種基于(yu)spc(smithpredictorcontrol，spc)的(de)(de)時(shi)(shi)延(yan)補(bu)償方法(fa)；構成兩閉(bi)(bi)環(huan)(huan)控(kong)制(zhi)回(hui)路(lu)(lu)網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)的(de)(de)補(bu)償與(yu)控(kong)制(zhi)，用于(yu)免除對(dui)(dui)各(ge)(ge)閉(bi)(bi)環(huan)(huan)控(kong)制(zhi)回(hui)路(lu)(lu)中，節點之間網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)的(de)(de)測(ce)量(liang)、估計或辨識，進(jin)而(er)降低(di)(di)網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)τ1和(he)τ2，以(yi)及(ji)τ3和(he)τ4對(dui)(dui)各(ge)(ge)自(zi)閉(bi)(bi)環(huan)(huan)控(kong)制(zhi)回(hui)路(lu)(lu)以(yi)及(ji)對(dui)(dui)整個(ge)控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)(tong)控(kong)制(zhi)性能質量(liang)與(yu)系統(tong)(tong)(tong)穩定性的(de)(de)影響；當預(yu)估模(mo)型等于(yu)其真實(shi)模(mo)型時(shi)(shi)，可實(shi)現(xian)(xian)各(ge)(ge)自(zi)閉(bi)(bi)環(huan)(huan)控(kong)制(zhi)回(hui)路(lu)(lu)的(de)(de)特征方程中不(bu)包含(han)網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)的(de)(de)指數項(xiang)，進(jin)而(er)可降低(di)(di)網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)對(dui)(dui)整個(ge)系統(tong)(tong)(tong)穩定性的(de)(de)影響，改善(shan)系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)態性能質量(liang)，實(shi)現(xian)(xian)對(dui)(dui)tito-ndcs不(bu)確知(zhi)網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)的(de)(de)分段、實(shi)時(shi)(shi)、在(zai)線和(he)動(dong)態的(de)(de)預(yu)估補(bu)償與(yu)imc和(he)spc。

采用方法：

針對圖3中的閉環(huan)控制回路1：

第一步：在控制解耦器cd1節點中，構建一個內模控制器c1imc(s)取代控制器c1(s)；為了實現滿足預估補償條件時，閉環控制回路1的閉環特征方程中不再包含網絡時延的指數項，以實現對網絡時延τ1和τ2的補償與控制，采用以控制解耦輸出信號u1a(s)和yp12(s)作為輸入信號，被控對象預估模型g11m(s)作為被控過程，控制與過程數據通過網絡傳輸時延預估模型以及圍繞(rao)內模(mo)控制器c1imc(s)，構造兩(liang)個正反饋預(yu)估控制回路，如圖4所(suo)示(shi)；

第二步：針對實際tito-ndcs中，難以獲取網絡時延準確值的問題，在圖4中要實現對網絡時延的補償與控制，除了要滿足被控對象預估模型等于其真實模型的條件外，還必須滿足網絡時延預估模型以及要等于其真實模型以及的條件。為此，從傳感器s1節點到控制解耦器cd1節點之間，以及從控制解耦器cd1節點到執行器a1節點之間，采用真實的網絡數據傳輸過程以及代替其間網絡時延的預估補償模型以及因(yin)而無(wu)論被控對(dui)象的(de)預(yu)估模(mo)型(xing)是否等于其真(zhen)實模(mo)型(xing)，都可(ke)以從系統結構(gou)上實現不(bu)包含(han)其間(jian)網絡(luo)時(shi)延(yan)的(de)預(yu)估補(bu)(bu)償(chang)模(mo)型(xing)，從而免(mian)除對(dui)閉環控制回路1中，節點之間(jian)網絡(luo)時(shi)延(yan)τ1和(he)τ2的(de)測量、估計或辨識；當預(yu)估模(mo)型(xing)等于其真(zhen)實模(mo)型(xing)時(shi)，可(ke)實現對(dui)其網絡(luo)時(shi)延(yan)τ1和(he)τ2的(de)補(bu)(bu)償(chang)與imc；實施本發(fa)明(ming)方法(fa)的(de)網絡(luo)時(shi)延(yan)補(bu)(bu)償(chang)與imc結構(gou)如(ru)圖5所(suo)示；

針對圖3中(zhong)的閉環控制回路2：

第一步：為了實現滿足預估補償條件時，閉環控制回路2的閉環特征方程中不再包含網絡時延的指數項，以實現對網絡時延τ3和τ4的補償與控制，圍繞被控對象g22(s)，采用以閉環控制回路2的輸出信號y2(s)作為輸入信號，構造兩個預估補償控制回路；一是將y2(s)通過預估控制器c2m(s)構造一個負反饋預估控制回路；二是將y2(s)通過網絡傳輸時延預估模型和預估控制器c2m(s)以及網絡傳輸時延預估模型后構造一個正(zheng)反饋預估(gu)控制回路，如(ru)圖(tu)4所示；

第二步：針對實際tito-ndcs中，難以獲取網絡時延準確值的問題，在圖4中要實現對網絡時延的補償與控制，必須滿足網絡時延預估模型和要等于其真實模型和的條件，滿足預估控制器c2m(s)等于其真實控制器c2(s)的條件(由于控制器c2(s)是人為設計與選擇，自然滿足c2m(s)＝c2(s))。為此，從傳感器s2節點到控制解耦器cd2節點之間，以及從控制解耦器cd2節點到執行器a2節點之間，采用真實的網絡數據傳輸過程以及代替其間網絡時延的預估補償模型以及得到圖5所示(shi)的(de)網絡時(shi)延補償(chang)結(jie)(jie)構(gou)；從結(jie)(jie)構(gou)上實現系統不包含其間(jian)網絡時(shi)延預(yu)估補償(chang)模型，從而免除對(dui)閉(bi)環控制回路2中，節點之(zhi)間(jian)網絡時(shi)延τ3和τ4的(de)測量、估計或(huo)辨識；可實現對(dui)不確知(zhi)網絡時(shi)延τ3和τ4的(de)補償(chang)與控制。

針對圖5中的閉環控制回(hui)路1：

1)從輸(shu)入信號x1(s)到輸(shu)出信號y1(s)之(zhi)間的閉環傳遞函數(shu)為(wei)：

式中：g11m(s)是被控(kong)對象(xiang)g11(s)的預估模型(xing)；c1imc(s)是內模控(kong)制器(qi)。

2)來自閉環控制回路2控制解耦器cd2節點信號u2a(s)作為輸入，通過交叉解耦通道傳遞函數p12(s)以及網絡通路單元傳(chuan)輸的(de)信(xin)(xin)號yp12(s)作(zuo)用于(yu)閉環(huan)控(kong)制回路1；同時信(xin)(xin)號yp12(s)作(zuo)用于(yu)控(kong)制解(jie)耦器cd1節(jie)點中被控(kong)對(dui)象預估(gu)模型g11m(s)，從輸入信(xin)(xin)號u2a(s)到輸出信(xin)(xin)號y1(s)之(zhi)間的(de)閉環(huan)傳(chuan)遞(di)函(han)數(shu)為(wei)：

3)來自閉環控制回(hui)路(lu)2執行器a2節點(dian)輸(shu)出(chu)信號(hao)(hao)u2f(s)，通過(guo)被(bei)控對象交叉通道傳遞函數(shu)g12(s)作用于(yu)閉環控制回(hui)路(lu)1，從輸(shu)入信號(hao)(hao)u2f(s)到(dao)輸(shu)出(chu)信號(hao)(hao)y1(s)之(zhi)間的閉環傳遞函數(shu)為：

從上述閉環傳遞函數等式(5)至(7)中可以看出：當被控對象預估模型等于其真實模型時，即當g11m(s)＝g11(s)時，閉環控制回路1的閉環傳遞函數分母將由變成1；此時，閉環控制回路1相當于一個開環控制系統，閉環傳遞函數的分母中已經不再包含影響系統穩定性的網絡時延τ1和τ2的指數項和系(xi)統(tong)(tong)的穩定(ding)性(xing)僅與被控對象和內模控制器(qi)本身的穩定(ding)性(xing)有(you)關；從而可降低網絡時延(yan)對系(xi)統(tong)(tong)穩定(ding)性(xing)的影響，改(gai)善系(xi)統(tong)(tong)的動態(tai)(tai)控制性(xing)能質(zhi)量，實現對不(bu)確知(zhi)網絡時延(yan)的動態(tai)(tai)補(bu)償(chang)與imc。

針對圖5中(zhong)的閉環(huan)控制回路(lu)2：

1)從輸(shu)入(ru)信(xin)號x2(s)到輸(shu)出信(xin)號y2(s)之(zhi)間的閉環傳遞函(han)數(shu)為：

2)來自閉環控制回路1控制解耦器cd1節點信號u1a(s)作為輸入，通過交叉解耦通道傳遞函數p21(s)以及網絡通路單元(yuan)傳(chuan)輸的信(xin)號yp21(s)作用于閉環(huan)控制回路2，從輸入信(xin)號u1a(s)到輸出信(xin)號y2(s)之間(jian)的閉環(huan)傳(chuan)遞函數為：

3)來自閉(bi)環控制(zhi)回(hui)路1執行器a1節點輸出信號(hao)u1a(s)，通(tong)過被(bei)控對象交叉(cha)通(tong)道傳遞(di)函(han)數(shu)g21(s)作用于閉(bi)環控制(zhi)回(hui)路2，從輸入信號(hao)u1a(s)到(dao)輸出信號(hao)y2(s)之(zhi)間的(de)閉(bi)環傳遞(di)函(han)數(shu)為：

從上述閉環傳遞函數等式(8)至(10)中可以看出：閉環控制回路2的閉環特征方程1+c2(s)g22(s)＝0中，不再包含影響系統穩定性的網絡時延τ3和τ4的指數項和從而可降低網(wang)絡(luo)時延(yan)對系(xi)統穩定性的(de)影響，改(gai)善系(xi)統的(de)動態控制性能質量，實(shi)現對不確知網(wang)絡(luo)時延(yan)的(de)動態補償與控制。

在閉環控(kong)制(zhi)回路(lu)1中，內(nei)模控(kong)制(zhi)器(qi)c1imc(s)的設計與(yu)選擇：

設計內(nei)模(mo)控(kong)(kong)制器(qi)一(yi)般(ban)采用(yong)零極點相消法，即兩步(bu)設計法：第一(yi)步(bu)是設計一(yi)個取之為被控(kong)(kong)對(dui)象(xiang)模(mo)型(xing)的(de)逆模(mo)型(xing)作(zuo)為前(qian)饋控(kong)(kong)制器(qi)；第二步(bu)是在前(qian)饋控(kong)(kong)制器(qi)中添(tian)加一(yi)定階次的(de)前(qian)饋濾波器(qi)f1(s)，構成一(yi)個完整(zheng)的(de)內(nei)模(mo)控(kong)(kong)制器(qi)c1imc(s)。

(1)前(qian)饋控制器(qi)c11(s)

先(xian)忽(hu)略被(bei)控(kong)(kong)對象(xiang)(xiang)與被(bei)控(kong)(kong)對象(xiang)(xiang)模型不完全匹配(pei)時的(de)誤差、系統(tong)的(de)干擾及其(qi)它各種約束條件等(deng)因素，選擇閉環控(kong)(kong)制回路(lu)1中，被(bei)控(kong)(kong)對象(xiang)(xiang)預(yu)估模型等(deng)于其(qi)真實模型，即：g11m(s)＝g11(s)。

此時，被控對(dui)象預(yu)估(gu)(gu)模(mo)型(xing)可(ke)(ke)以根(gen)據(ju)被控對(dui)象的零極點分(fen)布狀況(kuang)劃(hua)分(fen)為(wei)：g11m(s)＝g11m+(s)g11m-(s)，其中(zhong)(zhong)：g11m+(s)為(wei)被控對(dui)象預(yu)估(gu)(gu)模(mo)型(xing)g11m(s)中(zhong)(zhong)包(bao)含純滯后環節(jie)和s右半平面零極點的不可(ke)(ke)逆部分(fen)；g11m-(s)為(wei)被控對(dui)象預(yu)估(gu)(gu)模(mo)型(xing)中(zhong)(zhong)的最小相位可(ke)(ke)逆部分(fen)。

通常情況下，閉環控制回路1的前饋控制器c11(s)可分別選取為：

(2)前饋濾波(bo)器f1(s)

由(you)于(yu)(yu)被控(kong)(kong)對象(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)純滯后環節(jie)和位(wei)于(yu)(yu)s右半平面的(de)零極(ji)點會影響(xiang)前(qian)饋控(kong)(kong)制器的(de)物理實現性(xing)(xing)，因而(er)在(zai)前(qian)饋控(kong)(kong)制器的(de)設計過程中(zhong)(zhong)只(zhi)取了(le)被控(kong)(kong)對象(xiang)最小相(xiang)位(wei)的(de)可逆部分(fen)g11m-(s)，忽略了(le)g11m+(s)；由(you)于(yu)(yu)被控(kong)(kong)對象(xiang)與被控(kong)(kong)對象(xiang)預估模型之間可能(neng)不完全匹(pi)配而(er)存(cun)在(zai)誤(wu)差(cha)，系統中(zhong)(zhong)還可能(neng)存(cun)在(zai)干(gan)擾信號，這些因素都(dou)有可能(neng)使系統失去(qu)穩(wen)(wen)定。為此，在(zai)前(qian)饋控(kong)(kong)制器中(zhong)(zhong)添(tian)加一定階次的(de)前(qian)饋濾波器，用于(yu)(yu)降(jiang)低以上(shang)因素對系統穩(wen)(wen)定性(xing)(xing)的(de)影響(xiang)，提高(gao)系統的(de)魯(lu)棒性(xing)(xing)。

通常把閉環控制回路1的前饋濾波器f1(s)，選取為比較簡單的n1和n2階濾波器其中(zhong)：λ1為(wei)前饋濾(lv)波(bo)(bo)器時間常(chang)數；n1為(wei)前饋濾(lv)波(bo)(bo)器的(de)階(jie)次，且n1＝n1a-n1b；n1a為(wei)被(bei)控對象(xiang)g11(s)分母(mu)的(de)階(jie)次；n1b為(wei)被(bei)控對象(xiang)g11(s)分子(zi)的(de)階(jie)次，通(tong)常(chang)n1＞0。

(3)內模控制器c1imc(s)

閉環控(kong)制(zhi)回(hui)路1的內(nei)模控(kong)制(zhi)器c1imc(s)可選取為(wei):

從等(deng)式(11)中可以看出：一個自由(you)度(du)的(de)內模控制器c1imc(s)中，只有一個可調節參數(shu)λ1，由(you)于λ1參數(shu)的(de)變化與系統的(de)跟(gen)(gen)蹤(zong)性(xing)能和抗干擾(rao)能力(li)都有著直接的(de)關系，因此在整定濾(lv)波器的(de)可調節參數(shu)λ1時(shi)，一般(ban)需要在系統的(de)跟(gen)(gen)蹤(zong)性(xing)與抗干擾(rao)能力(li)兩者之間進行折衷。

在閉環控制(zhi)回路2中，控制(zhi)器c2(s)的選(xuan)擇：

控制(zhi)(zhi)器c2(s)可根據被控對象g22(s)的(de)數(shu)學模(mo)型(xing)，以及模(mo)型(xing)參(can)數(shu)的(de)變化，既可選擇常規控制(zhi)(zhi)策(ce)略(lve)，亦可選擇智(zhi)能控制(zhi)(zhi)或復雜控制(zhi)(zhi)策(ce)略(lve)；閉(bi)環控制(zhi)(zhi)回路2采用spc方法，從tito-ndcs結構(gou)上實現與具體控制(zhi)(zhi)器c2(s)的(de)控制(zhi)(zhi)策(ce)略(lve)的(de)選擇無(wu)關。

本發明的適用范圍：

適(shi)用(yong)于被控(kong)(kong)對(dui)象(xiang)預估(gu)模(mo)型(xing)等于其(qi)(qi)真實模(mo)型(xing)時(shi)(shi)采用(yong)閉環(huan)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)回(hui)路1結(jie)構方(fang)(fang)法(fa),以及被控(kong)(kong)對(dui)象(xiang)數學(xue)(xue)模(mo)型(xing)已知(zhi)(zhi)或不完全(quan)確知(zhi)(zhi)時(shi)(shi)采用(yong)閉環(huan)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)回(hui)路2結(jie)構方(fang)(fang)法(fa)所構成(cheng)的一(yi)種(zhong)兩(liang)(liang)輸入(ru)兩(liang)(liang)輸出(chu)網絡(luo)解耦控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統(tito-ndcs)不確知(zhi)(zhi)網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)的補(bu)償(chang)(chang)與控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)；其(qi)(qi)研(yan)究思路與方(fang)(fang)法(fa)，同樣也適(shi)用(yong)于被控(kong)(kong)對(dui)象(xiang)預估(gu)模(mo)型(xing)等于其(qi)(qi)真實模(mo)型(xing)時(shi)(shi)采用(yong)閉環(huan)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)回(hui)路1結(jie)構方(fang)(fang)法(fa),以及被控(kong)(kong)對(dui)象(xiang)數學(xue)(xue)模(mo)型(xing)已知(zhi)(zhi)或不完全(quan)確知(zhi)(zhi)時(shi)(shi)采用(yong)閉環(huan)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)回(hui)路2結(jie)構方(fang)(fang)法(fa)所構成(cheng)的多輸入(ru)多輸出(chu)網絡(luo)解耦控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統(mimo-ndcs)不確知(zhi)(zhi)網絡(luo)時(shi)(shi)延(yan)的補(bu)償(chang)(chang)與控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。

本發明(ming)的特征在于該方法包括以下步(bu)驟：

對于閉(bi)環控制回路1：

(1).當(dang)傳感(gan)器s1節點被(bei)周期為h1的采樣信號觸發時，將采用方式a進行工作；

(2).當控制解耦器cd1節點被反饋信號y1b(s)或者被交叉解耦網絡通路單元的輸出信號yp12(s)觸發時，將(jiang)采用方式b進行工作；

(3).當執行器(qi)a1節(jie)點被(bei)控制解耦信(xin)號u1a(s)觸發時(shi)，將采用方式c進行工作；

對于閉環控制(zhi)回路2：

(4).當(dang)傳(chuan)感器s2節(jie)點(dian)被周期為h2的(de)采樣信號觸(chu)發時，將采用方式d進行工作(zuo)；

(5).當控制解耦器cd2節點被反饋信號y2(s)或者被交叉解耦網絡通路單元的輸出信號yp21(s)所觸發時(shi)，將采(cai)用方式e進行(xing)工作；

(6).當(dang)執行器a2節點被信號(hao)u2a(s)觸(chu)發時，將采用方式f進(jin)行工作；

方式a的步驟包括：

a1：傳(chuan)感器s1節(jie)點工作于時(shi)間驅(qu)動方式，其(qi)觸(chu)發(fa)信號(hao)為周期h1的采樣信號(hao)；

a2：傳(chuan)感器(qi)s1節(jie)(jie)點(dian)被(bei)觸發后，對被(bei)控對象(xiang)g11(s)的(de)輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)y11(s)和(he)被(bei)控對象(xiang)交叉通道傳(chuan)遞函數(shu)g12(s)的(de)輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)y12(s)，以(yi)及執行器(qi)a1節(jie)(jie)點(dian)的(de)輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)y11mb(s)進行采(cai)樣，并計算出(chu)閉環控制回路1的(de)系(xi)統輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)y1(s)和(he)反饋信(xin)號(hao)(hao)y1b(s)，且y1(s)＝y11(s)+y12(s)和(he)y1b(s)＝y1(s)-y11mb(s)；

a3：傳感(gan)器(qi)s1節點將(jiang)反饋(kui)(kui)信號y1b(s)，通(tong)過閉環控制(zhi)回路(lu)1的(de)反饋(kui)(kui)網(wang)絡通(tong)路(lu)向(xiang)控制(zhi)解(jie)耦器(qi)cd1節點傳輸，反饋(kui)(kui)信號y1b(s)將(jiang)經歷(li)網(wang)絡傳輸時延(yan)τ2后，才能到達控制(zhi)解(jie)耦器(qi)cd1節點；

方式b的步驟包括：

b1：控制解耦器cd1節點工作于事件驅動方式，被反饋信號y1b(s)或者被交叉解耦網絡通路單元的(de)輸出信號yp12(s)所觸發(fa)；

b2：在控(kong)制解(jie)耦器(qi)cd1節點中(zhong)，將(jiang)閉環控(kong)制回路1的系(xi)統給(gei)定信號(hao)x1(s)，減去反(fan)饋信號(hao)y1b(s)和被控(kong)對象預估(gu)模型g11m(s)的輸出值y11ma(s)，得到系(xi)統偏差信號(hao)e1(s)，即e1(s)＝x1(s)-y1b(s)-y11ma(s)；

b3：對(dui)e1(s)實施內模控制算法c1imc(s)，得到(dao)imc信號u1(s)；

b4：將imc信號u1(s)，減去來自于控制解耦器cd2節點通過解耦通道傳遞函數p12(s)和網絡通路單元傳輸(shu)過來的信號(hao)yp12(s)，得到(dao)控制解耦信號(hao)u1a(s)，即u1a(s)＝u1(s)-yp12(s)；

b5：將信號yp12(s)作用于被控對象預估模型g11m(s)得到其輸出值y11ma(s)；將u1a(s)作用于解耦通道傳遞函數p21(s)，并將p21(s)的輸出信號yp21(s)通過網絡通路單(dan)元向控制(zhi)解(jie)耦(ou)(ou)器(qi)cd2節點傳輸，yp21(s)將經歷(li)網絡傳輸時延τ21后，才(cai)能到達(da)控制(zhi)解(jie)耦(ou)(ou)器(qi)cd2節點；

b6：將控制解耦信號u1a(s)，通過閉環控制回路1的前向網絡通路單元向執行(xing)(xing)器(qi)a1節(jie)點(dian)傳輸，u1a(s)將經歷網絡傳輸時延(yan)τ1后，才能到達執行(xing)(xing)器(qi)a1節(jie)點(dian)；

方式c的步驟包括：

c1：執行(xing)器a1節點工作于事件(jian)驅(qu)動方式(shi)，被(bei)信號u1a(s)所觸發；

c2：執(zhi)行(xing)器(qi)a1節(jie)點被(bei)觸發后，將控制解(jie)耦(ou)信號u1a(s)作用于被(bei)控對(dui)象預估(gu)模型g11m(s)得到其(qi)輸出(chu)值y11mb(s)；

c3：將(jiang)控(kong)制(zhi)(zhi)解耦(ou)(ou)信號(hao)u1a(s)作(zuo)用(yong)于被控(kong)對(dui)象(xiang)g11(s)得到(dao)(dao)其(qi)輸出(chu)值(zhi)y11(s)；將(jiang)控(kong)制(zhi)(zhi)解耦(ou)(ou)信號(hao)u1a(s)作(zuo)用(yong)于被控(kong)對(dui)象(xiang)交叉通(tong)道傳遞函(han)數g21(s)得到(dao)(dao)其(qi)輸出(chu)值(zhi)y21(s)；從(cong)而實(shi)現(xian)(xian)對(dui)被控(kong)對(dui)象(xiang)g11(s)和g21(s)的解耦(ou)(ou)與控(kong)制(zhi)(zhi)，同時(shi)實(shi)現(xian)(xian)對(dui)不確(que)知網絡時(shi)延τ1和τ2的補(bu)償與imc；

方式d的步驟包括：

d1：傳感器s2節點工作(zuo)于(yu)時間(jian)驅動方式，其觸發信(xin)號(hao)為周(zhou)期h2的采樣信(xin)號(hao)；

d2：傳(chuan)感器s2節點被(bei)觸發(fa)后，對(dui)(dui)被(bei)控對(dui)(dui)象g22(s)的(de)輸(shu)(shu)出信號y22(s)和(he)被(bei)控對(dui)(dui)象交叉通道傳(chuan)遞函數g21(s)的(de)輸(shu)(shu)出信號y21(s)進行(xing)采樣，并計算閉環控制(zhi)回路2的(de)系統輸(shu)(shu)出信號y2(s)，即y2(s)＝y22(s)+y21(s)；

d3：傳感(gan)器s2節點將反(fan)饋(kui)信號y2(s)，通過閉環控制(zhi)回(hui)路2的反(fan)饋(kui)網絡通路向控制(zhi)解(jie)耦器cd2節點傳輸，反(fan)饋(kui)信號y2(s)將經歷(li)網絡傳輸時延(yan)τ4后，才(cai)能到(dao)達控制(zhi)解(jie)耦器cd2節點；

方式e的步驟包括：

e1：控制解耦器cd2節點工作于事件驅動方式，被反饋信號y2(s)或者被交叉解耦網絡通路單元的輸出(chu)信號(hao)yp21(s)所觸發；

e2：在控(kong)(kong)制(zhi)解耦器(qi)cd2中，將(jiang)閉環控(kong)(kong)制(zhi)回路2的(de)系統(tong)給定信號(hao)(hao)x2(s)減去反(fan)饋信號(hao)(hao)y2(s)得(de)到誤差信號(hao)(hao)e2(s)，即(ji)e2(s)＝x2(s)-y2(s)；對e2(s)實施控(kong)(kong)制(zhi)算法c2(s)，得(de)到其輸出信號(hao)(hao)u2(s)；

e3：對(dui)反饋信號y2(s)實施控(kong)制算法c2(s)，得到其輸出信號u2b(s)；

e4：將信號u2(s)與信號u2b(s)相加后，再與來自交叉解耦網絡通路單元(yuan)的輸出信號(hao)(hao)(hao)yp21(s)相減，得到(dao)(dao)控制解耦(ou)輸出信號(hao)(hao)(hao)u2a(s)，即u2a(s)＝u2(s)+u2b(s)-yp21(s)；將u2a(s)作用于(yu)交叉解耦(ou)通(tong)(tong)道傳遞函數p12(s)得到(dao)(dao)其輸出信號(hao)(hao)(hao)yp12(s)；將yp12(s)通(tong)(tong)過交叉解耦(ou)網絡通(tong)(tong)路向控制解耦(ou)器cd1節點傳輸，信號(hao)(hao)(hao)yp12(s)將經歷網絡傳輸時延τ12后(hou)，才能(neng)到(dao)(dao)達控制解耦(ou)器cd1節點；

e5：將信號u2a(s)通過閉環控制回路2的前向網絡通路單元向執行器(qi)a2節(jie)點傳輸，u2a(s)將經歷網(wang)絡傳輸時(shi)延(yan)τ3后，才(cai)能到(dao)執行器(qi)a2節(jie)點；

方式f的步驟包括：

f1：執行器(qi)a2節(jie)點工(gong)作(zuo)于事件驅動方式，被信號u2a(s)所(suo)觸發；

f2：執行器a2節點被觸發后，將對來自傳感器s2節點的反饋(kui)信(xin)號y2(s)實(shi)施控制算(suan)法c2(s)，得(de)到(dao)其輸出(chu)信(xin)號u2d(s)；

f3：將信號u2a(s)與信號u2d(s)相(xiang)減(jian)，得到信號u2f(s)，即(ji)u2f(s)＝u2a(s)-u2d(s)；

f4：將(jiang)信號u2f(s)作(zuo)用(yong)于(yu)(yu)被(bei)(bei)(bei)控對(dui)(dui)象(xiang)(xiang)g22(s)得(de)到(dao)其(qi)輸(shu)出(chu)值y22(s)；將(jiang)信號u2f(s)作(zuo)用(yong)于(yu)(yu)被(bei)(bei)(bei)控對(dui)(dui)象(xiang)(xiang)交叉通道傳遞函數g12(s)得(de)到(dao)其(qi)輸(shu)出(chu)值y12(s)；從而實現(xian)對(dui)(dui)被(bei)(bei)(bei)控對(dui)(dui)象(xiang)(xiang)g22(s)和(he)g12(s)的(de)解耦與(yu)控制，同時(shi)實現(xian)對(dui)(dui)不確知網絡時(shi)延τ3和(he)τ4的(de)補償與(yu)spc。

本發明(ming)具有(you)如下(xia)特(te)點：

1、由于(yu)從結構上免(mian)除對tito-ndcs中(zhong)，網絡(luo)時(shi)延(yan)的(de)測量、觀(guan)測、估(gu)計(ji)或辨識，同(tong)(tong)時(shi)還可(ke)免(mian)除節點時(shi)鐘信號同(tong)(tong)步要(yao)求，可(ke)避(bi)免(mian)時(shi)延(yan)估(gu)計(ji)模型不準確造成的(de)估(gu)計(ji)誤差，避(bi)免(mian)對時(shi)延(yan)辨識所需耗費節點存貯(zhu)資(zi)源的(de)浪費，同(tong)(tong)時(shi)還可(ke)避(bi)免(mian)由于(yu)時(shi)延(yan)造成的(de)“空(kong)采樣”或“多采樣”帶(dai)來的(de)補(bu)償(chang)誤差。

2、由于(yu)(yu)從tito-ndcs結構(gou)上，實現與具(ju)體的(de)(de)(de)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)通信協議(yi)的(de)(de)(de)選擇無(wu)關，因而既(ji)適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)采(cai)用(yong)(yong)(yong)有線(xian)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)協議(yi)的(de)(de)(de)tito-ndcs，亦適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)采(cai)用(yong)(yong)(yong)無(wu)線(xian)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)協議(yi)的(de)(de)(de)tito-ndcs；既(ji)適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)確定性網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)協議(yi)，亦適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)非(fei)確定性的(de)(de)(de)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)協議(yi)；既(ji)適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)異構(gou)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)構(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)tito-ndcs，同時亦適(shi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)異質網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)構(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)tito-ndcs。

3、tito-ndcs中，采(cai)(cai)用imc的控制(zhi)回路(lu)1，其內模控制(zhi)器(qi)c1imc(s)的可調參(can)數只有一個λ1參(can)數，其參(can)數的調節(jie)與(yu)(yu)選(xuan)擇(ze)簡(jian)單，且(qie)物理意義明確；采(cai)(cai)用imc不僅可以提(ti)高系統(tong)的穩定性(xing)、跟蹤性(xing)能(neng)(neng)與(yu)(yu)抗干擾性(xing)能(neng)(neng)，而(er)且(qie)還可實現對網絡時延的補償(chang)與(yu)(yu)imc。

4、tito-ndcs中，采(cai)(cai)用spc的(de)控(kong)制(zhi)(zhi)回路2，由于從tito-ndcs結構上實(shi)現與具體控(kong)制(zhi)(zhi)器c2(s)控(kong)制(zhi)(zhi)策略(lve)的(de)選擇(ze)無關，因而(er)既可用于采(cai)(cai)用常規控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)tito-ndcs，亦可用于采(cai)(cai)用智能控(kong)制(zhi)(zhi)或采(cai)(cai)用復雜控(kong)制(zhi)(zhi)策略(lve)的(de)tito-ndcs。

5、由于本發明采用的是“軟件”改(gai)變tito-ndcs結構的補(bu)償與控制方法，因而在其實現(xian)過程(cheng)中無需再增加任何硬(ying)件設備，利用現(xian)有(you)tito-ndcs智能節(jie)點(dian)自帶(dai)的軟件資源，足以實現(xian)其補(bu)償功能，可節(jie)省硬(ying)件投(tou)資便于推廣(guang)和(he)應(ying)用。

附圖說明

圖(tu)1：ncs的(de)典型結構

圖1中，系統由傳感器s節點，控制器c節點，執行器a節點，被控對象，前向網絡通路傳輸單元以及反饋網絡通路傳輸單元所組成。

圖1中：x(s)表(biao)示(shi)(shi)系統輸(shu)入信(xin)號(hao)(hao)；y(s)表(biao)示(shi)(shi)系統輸(shu)出信(xin)號(hao)(hao)；c(s)表(biao)示(shi)(shi)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)；u(s)表(biao)示(shi)(shi)控(kong)制(zhi)信(xin)號(hao)(hao)；τca表(biao)示(shi)(shi)將控(kong)制(zhi)信(xin)號(hao)(hao)u(s)從控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)c節(jie)點(dian)向執行器(qi)(qi)a節(jie)點(dian)傳(chuan)(chuan)輸(shu)所(suo)經(jing)(jing)歷的前向網(wang)絡通(tong)路傳(chuan)(chuan)輸(shu)時延(yan)；τsc表(biao)示(shi)(shi)將傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)s節(jie)點(dian)的檢測信(xin)號(hao)(hao)y(s)向控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)c節(jie)點(dian)傳(chuan)(chuan)輸(shu)所(suo)經(jing)(jing)歷的反饋網(wang)絡通(tong)路傳(chuan)(chuan)輸(shu)時延(yan)；g(s)表(biao)示(shi)(shi)被控(kong)對象傳(chuan)(chuan)遞函數。

圖2：mimo-ndcs的典型(xing)結構

圖2中，系統由r個傳感器s節點，控制解耦器cd節點，m個執行器a節點，被控對象g，m個前向網絡通路傳輸時延單元，以及r個反饋網絡通路傳輸時延單元所組成。

圖2中：yj(s)表示系統的第j個輸出信號；ui(s)表示系統的第i個控制信號；表示將控制解耦信號ui(s)從控制解耦器cd節點向第i個執行器a節點傳輸所經歷的前向網絡通路傳輸時延；表示將(jiang)系統(tong)的(de)第j個傳(chuan)感器s節(jie)(jie)點(dian)(dian)的(de)檢測信號yj(s)向控制(zhi)解耦(ou)器cd節(jie)(jie)點(dian)(dian)傳(chuan)輸(shu)所(suo)經歷的(de)反饋網絡通路傳(chuan)輸(shu)時延；g表示被控對象傳(chuan)遞函(han)數。

圖3：tito-ndcs的典型結構

圖3由閉環控制回路1和2所構成，系統包含傳感器s1和s2節點，控制解耦器cd1和cd2節點，執行器a1和a2節點，被控對象傳遞函數g11(s)和g22(s)以及被控對象交叉通道傳遞函數g21(s)和g12(s)，交叉解耦通道傳遞函數p21(s)和p12(s)，前向網絡通路傳輸單元和以及反饋網絡通路傳輸單元和以及交叉解耦網絡通路傳輸單元和所組成。

圖3中(zhong)；x1(s)和(he)(he)x2(s)表(biao)(biao)示(shi)(shi)系(xi)統(tong)輸(shu)(shu)入信(xin)號(hao)(hao)；y1(s)和(he)(he)y2(s)表(biao)(biao)示(shi)(shi)系(xi)統(tong)輸(shu)(shu)出信(xin)號(hao)(hao)；c1(s)和(he)(he)c2(s)表(biao)(biao)示(shi)(shi)控(kong)制(zhi)回(hui)路1和(he)(he)2的(de)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)；u1(s)和(he)(he)u2(s)表(biao)(biao)示(shi)(shi)控(kong)制(zhi)信(xin)號(hao)(hao)；yp21(s)和(he)(he)yp12(s)表(biao)(biao)示(shi)(shi)交(jiao)叉解(jie)(jie)耦通路輸(shu)(shu)出信(xin)號(hao)(hao)；u1a(s)和(he)(he)u2a(s)表(biao)(biao)示(shi)(shi)控(kong)制(zhi)解(jie)(jie)耦信(xin)號(hao)(hao)；τ1和(he)(he)τ3表(biao)(biao)示(shi)(shi)將控(kong)制(zhi)解(jie)(jie)耦信(xin)號(hao)(hao)u1a(s)和(he)(he)u2a(s)從控(kong)制(zhi)解(jie)(jie)耦器(qi)(qi)cd1和(he)(he)cd2節點向執行(xing)器(qi)(qi)a1和(he)(he)a2節點傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)所經歷的(de)前向網(wang)絡(luo)通路傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)時延(yan)；τ2和(he)(he)τ4表(biao)(biao)示(shi)(shi)將傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)s1和(he)(he)s2節點的(de)檢測信(xin)號(hao)(hao)y1(s)和(he)(he)y2(s)向控(kong)制(zhi)解(jie)(jie)耦器(qi)(qi)cd1和(he)(he)cd2節點傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)所經歷的(de)反(fan)饋網(wang)絡(luo)通路傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)時延(yan)；τ21和(he)(he)τ12表(biao)(biao)示(shi)(shi)將交(jiao)叉解(jie)(jie)耦通道傳(chuan)(chuan)遞(di)函(han)數p21(s)和(he)(he)p12(s)的(de)輸(shu)(shu)出信(xin)號(hao)(hao)yp21(s)和(he)(he)yp12(s)向控(kong)制(zhi)解(jie)(jie)耦器(qi)(qi)cd2和(he)(he)cd1節點傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)所經歷的(de)網(wang)絡(luo)通路傳(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)時延(yan)。

圖4：一種包(bao)含(han)預估模型(xing)的tito-ndcs時延補(bu)償與控制(zhi)結構(gou)

圖4中，以及是網絡傳輸時延以及的預估模型；以及是網絡傳輸時延以及的預(yu)(yu)估(gu)(gu)模型(xing)；g11m(s)是被控對象g11(s)的預(yu)(yu)估(gu)(gu)模型(xing)；c2m(s)是控制(zhi)器(qi)c2(s)的預(yu)(yu)估(gu)(gu)控制(zhi)器(qi)。

圖5：一種(zhong)兩輸入(ru)兩輸出網絡解耦控制系統不確知時延補償方法

圖5可實現(xian)對閉環(huan)控制回路(lu)1和2中不確知網絡時延的補償與控制。

具體實施方式

下面將通過(guo)參照附圖(tu)5來詳細描述本(ben)發明(ming)的示例性實(shi)施例，使本(ben)領域的普(pu)通技術人員更清楚本(ben)發明(ming)的上述特征和優(you)點。

具體實(shi)施步驟如下所述：

對(dui)于閉環(huan)控制回路(lu)1：

第一步：傳感器s1節點工作于時間(jian)驅動方式，被(bei)周期為h1的(de)(de)采樣信(xin)(xin)(xin)號(hao)觸發后，對(dui)被(bei)控(kong)對(dui)象g11(s)的(de)(de)輸(shu)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)y11(s)和被(bei)控(kong)對(dui)象交叉通(tong)道傳遞函數g12(s)的(de)(de)輸(shu)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)y12(s)，以及(ji)執(zhi)行器a1節點的(de)(de)輸(shu)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)y11mb(s)進行采樣，并計(ji)算出閉環控(kong)制回路1的(de)(de)系統輸(shu)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)y1(s)和反饋信(xin)(xin)(xin)號(hao)y1b(s)，且(qie)y1(s)＝y11(s)+y12(s)和y1b(s)＝y1(s)-y11mb(s)；

第二步：傳感器s1節(jie)(jie)點將反(fan)(fan)饋(kui)信(xin)號y1b(s)，通過閉環控制回(hui)路(lu)1的反(fan)(fan)饋(kui)網絡通路(lu)向控制解(jie)耦(ou)器cd1節(jie)(jie)點傳輸(shu)，反(fan)(fan)饋(kui)信(xin)號y1b(s)將經歷網絡傳輸(shu)時(shi)延τ2后(hou)，才能到達控制解(jie)耦(ou)器cd1節(jie)(jie)點；

第三步：控制解耦器cd1節點工作于事件驅動方式，被反饋信號y1b(s)或者被交叉解耦網絡通路單元的輸出信號yp12(s)觸發后，將閉環控制回路1的系統給定信號x1(s)，減去反饋信號y1b(s)和被控對象預估模型g11m(s)的輸出值y11ma(s)，得到系統偏差信號e1(s)，即e1(s)＝x1(s)-y1b(s)-y11ma(s)；對e1(s)實施內模控制算法c1imc(s)，得到imc信號u1(s)；將imc信號u1(s)減去來自于控制解耦器cd2節點通過解耦通道傳遞函數p12(s)和網絡通路單元傳輸過來的(de)信(xin)號yp12(s)，得到(dao)控制解耦信(xin)號u1a(s)，即u1a(s)＝u1(s)-yp12(s)；

第四步：將信號yp12(s)作用于被控對象預估模型g11m(s)得到其輸出值y11ma(s)；將u1a(s)作用于解耦通道傳遞函數p21(s)，并將p21(s)的輸出信號yp21(s)通過網絡通路單元向控(kong)制解耦器(qi)cd2節(jie)(jie)點(dian)傳輸(shu)，yp21(s)將經歷網絡傳輸(shu)時延τ21后，才能到(dao)達控(kong)制解耦器(qi)cd2節(jie)(jie)點(dian)；

第五步：將控制解耦信號u1a(s)，通過閉環控制回路1的前向網絡通路單元向執行器a1節點傳輸(shu)，u1a(s)將經歷(li)網絡傳輸(shu)時(shi)延τ1后，才(cai)能到達執行器a1節點；

第(di)六(liu)步(bu)：執行器a1節點(dian)工作于事件(jian)驅動方(fang)式，被信(xin)號u1a(s)所(suo)觸發后(hou)，將控制解耦信(xin)號u1a(s)作用于被控對象預估模型(xing)g11m(s)得到其輸出值y11mb(s)；

第七(qi)步(bu)：將控制解耦(ou)信號u1a(s)作用于被控對(dui)(dui)象(xiang)g11(s)得到(dao)其輸出值y11(s)；將控制解耦(ou)信號u1a(s)作用于被控對(dui)(dui)象(xiang)交(jiao)叉通(tong)道傳遞函數g21(s)得到(dao)其輸出值y21(s)；從而實現(xian)對(dui)(dui)被控對(dui)(dui)象(xiang)g11(s)和(he)g21(s)的解耦(ou)與(yu)控制，同時實現(xian)對(dui)(dui)不確知網絡時延τ1和(he)τ2的補償(chang)與(yu)imc；

第(di)八步(bu)：返回第(di)一步(bu)；

對于閉環控制回路2：

第一步：傳感(gan)器s2節點(dian)工作于時間(jian)驅動方式，被(bei)周期(qi)為h2的(de)(de)采樣信(xin)(xin)(xin)號觸發后，對被(bei)控對象g22(s)的(de)(de)輸(shu)出信(xin)(xin)(xin)號y22(s)和被(bei)控對象交叉通(tong)道傳遞函(han)數g21(s)的(de)(de)輸(shu)出信(xin)(xin)(xin)號y21(s)進行采樣，并計算閉環控制回(hui)路2的(de)(de)系統輸(shu)出信(xin)(xin)(xin)號y2(s)，即y2(s)＝y22(s)+y21(s)；

第二步：傳感器s2節(jie)點(dian)將(jiang)反饋信號y2(s)，通過閉(bi)環控制(zhi)(zhi)回(hui)路(lu)2的反饋網(wang)絡通路(lu)向控制(zhi)(zhi)解耦器cd2節(jie)點(dian)傳輸，反饋信號y2(s)將(jiang)經歷網(wang)絡傳輸時(shi)延τ4后，才能到達控制(zhi)(zhi)解耦器cd2節(jie)點(dian)；

第三步：控制解耦器cd2節點工作于事件驅動方式，被反饋信號y2(s)或者被交叉解耦網絡通路單元的輸出信號yp21(s)所觸發后，將閉環控制回路2的系統給定信號x2(s)減去反饋信號y2(s)得到誤差信號e2(s)，即e2(s)＝x2(s)-y2(s)；對e2(s)實施控制算法c2(s)，得到其輸出信號u2(s)；對反饋信號y2(s)實施控制算法c2(s)，得到其輸出信號u2b(s)；將信號u2(s)與信號u2b(s)相加后，再與來自交叉解耦網絡通路單元的輸出信號(hao)yp21(s)相減，得到控制解(jie)耦輸出信號(hao)u2a(s)，即u2a(s)＝u2(s)+u2b(s)-yp21(s)；

第(di)四步(bu)：將u2a(s)作用于交叉解(jie)(jie)耦通道(dao)傳遞函數(shu)p12(s)得到(dao)其輸出信(xin)號yp12(s)；將yp12(s)通過交叉解(jie)(jie)耦網(wang)絡通路向控制解(jie)(jie)耦器cd1節(jie)(jie)點(dian)傳輸，信(xin)號yp12(s)將經歷網(wang)絡傳輸時延τ12后，才能到(dao)達控制解(jie)(jie)耦器cd1節(jie)(jie)點(dian)；

第五步：將信號u2a(s)通過閉環控制回路2的前向網絡通路單元(yuan)向(xiang)執行(xing)器(qi)a2節點(dian)傳(chuan)輸，u2a(s)將經歷(li)網絡傳(chuan)輸時延τ3后，才(cai)能到執行(xing)器(qi)a2節點(dian)；

第六步：執行器(qi)a2節點工作于(yu)事件(jian)驅(qu)動方(fang)式，被信(xin)(xin)號(hao)u2a(s)所觸發(fa)后，將對來自傳感(gan)器(qi)s2節點的反饋信(xin)(xin)號(hao)y2(s)實施控制算法c2(s)，得(de)到其(qi)輸出信(xin)(xin)號(hao)u2d(s)；將信(xin)(xin)號(hao)u2a(s)與信(xin)(xin)號(hao)u2d(s)相減，得(de)到信(xin)(xin)號(hao)u2f(s)，即u2f(s)＝u2a(s)-u2d(s)；

第七步(bu)：將信號u2f(s)作用于被(bei)(bei)控(kong)對(dui)(dui)象g22(s)得(de)到其(qi)輸出值(zhi)y22(s)；將信號u2f(s)作用于被(bei)(bei)控(kong)對(dui)(dui)象交叉通道傳遞函數g12(s)得(de)到其(qi)輸出值(zhi)y12(s)；從(cong)而(er)實現(xian)對(dui)(dui)被(bei)(bei)控(kong)對(dui)(dui)象g22(s)和(he)g12(s)的(de)解耦與(yu)控(kong)制(zhi)，同(tong)時實現(xian)對(dui)(dui)不確知網絡時延(yan)τ3和(he)τ4的(de)補償與(yu)spc；

第(di)八(ba)步：返(fan)回第(di)一步；

以上所述(shu)僅為本發(fa)(fa)(fa)明的(de)(de)較佳實施例(li)而己，并不(bu)用以限(xian)制本發(fa)(fa)(fa)明，凡在本發(fa)(fa)(fa)明的(de)(de)精神和原則之內，所作的(de)(de)任何修改、等同替換、改進等，均應包(bao)含在本發(fa)(fa)(fa)明的(de)(de)保護范圍之內。

本說明書中未作(zuo)詳細描述的(de)內容屬(shu)于本領域專(zhuan)業技術(shu)人員公知的(de)現有技術(shu)。