亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于時延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

        2014-08-27 09:38:48馬洪濤
        網(wǎng)絡(luò)空間安全 2014年8期
        關(guān)鍵詞:時延穩(wěn)定性

        【 摘 要 】 在20世紀(jì)90年代網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)問世了,它綜合了計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制系統(tǒng)理論,是一個新生的控制發(fā)展理論課題,是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo),基于時延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析就顯得至關(guān)重要。本文簡單介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的定義和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題,研究了基于實驗補(bǔ)償和預(yù)測控制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),針對不同控制系統(tǒng)的時延進(jìn)行了分析。

        【 關(guān)鍵詞 】 時延;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng);穩(wěn)定性

        1 引言

        近年來,越來越多的學(xué)者將研究目光放在了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)身上,創(chuàng)造了許多優(yōu)秀的成果。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通常理解為是對網(wǎng)絡(luò)的控制,或者是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘柨刂葡到y(tǒng)。這兩種理解方式都有控制和網(wǎng)絡(luò),但二者的主次觀點不一致。對網(wǎng)絡(luò)的控制是指對網(wǎng)絡(luò)本身的控制,可以通過運(yùn)籌學(xué)和控制理論來實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)路由、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量等的調(diào)控。網(wǎng)絡(luò)本身可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸和交叉操作,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)憑借節(jié)約成本,便于維護(hù)、布線簡單化等優(yōu)勢被大量應(yīng)用于工業(yè)自動化、遠(yuǎn)程教學(xué)和培訓(xùn)、智能汽車、航空航天等領(lǐng)域。在上述的應(yīng)用過程中,網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)會出現(xiàn)時延、數(shù)據(jù)包丟失等問題,而時延對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的影響是最大的,所以基于實驗的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析影響深遠(yuǎn)。

        2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)存在的問題

        網(wǎng)絡(luò)控制與傳統(tǒng)的點對點直接控制系統(tǒng)相對照,它們的區(qū)別在于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的各個節(jié)點是通過有線網(wǎng)絡(luò)或者無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息控制,最后在網(wǎng)絡(luò)作用下向執(zhí)行器各節(jié)點發(fā)送控制信息。網(wǎng)絡(luò)的引入,自然會帶來一些問題,包括網(wǎng)絡(luò)時延、數(shù)據(jù)包丟失、數(shù)據(jù)包排序混亂、時鐘同步、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度。

        2.1 網(wǎng)絡(luò)時延

        它是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。時延通常是周期性的、定性的。然而采用隨機(jī)訪問機(jī)制的以太網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)時延有很大的不確定性。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點往往需要競爭網(wǎng)絡(luò)資源,而競爭一旦失敗就要在一定的隨機(jī)等待滯后才可重新競爭,這樣的隨機(jī)等待也就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)時延,即使是采用減緩記得存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和訪問端口沖突、交換式以太網(wǎng)也不能避免網(wǎng)絡(luò)時延的產(chǎn)生。我們可以通過對網(wǎng)絡(luò)時延的產(chǎn)生原進(jìn)行研究,進(jìn)而總結(jié)出網(wǎng)絡(luò)時延對控制系統(tǒng)性能的影響。

        2.2 數(shù)據(jù)包丟失

        主要會在三種情況下發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失:(1)在網(wǎng)絡(luò)信號傳輸過程中,由于網(wǎng)絡(luò)堵塞和連接中斷會造成數(shù)據(jù)包丟失;(2)節(jié)點在規(guī)定的時間沒能成功發(fā)送數(shù)據(jù),因為節(jié)點間競爭數(shù)據(jù)發(fā)送權(quán)也是需要時間的;(3)數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能被錯誤傳輸,而相對應(yīng)的節(jié)點在規(guī)定的時間內(nèi)也未能成功重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

        2.3 數(shù)據(jù)包排序混亂

        一般發(fā)生在具有路由、網(wǎng)關(guān)等中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的較長的時延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中。路由器在傳輸數(shù)據(jù)過程中節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包會經(jīng)過不同的路徑達(dá)到目標(biāo)節(jié)點,再加上中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)等待時間的不同都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包排序混亂。

        2.4 時鐘同步

        時鐘同步通常分為硬件同步和軟件同步。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)中有驅(qū)動時,便會發(fā)生時鐘同步問題。

        2.5 網(wǎng)絡(luò)調(diào)度

        文中所指的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度常是發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)用戶層,是通過控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的順序和發(fā)送時間來避免網(wǎng)絡(luò)堵塞和中斷現(xiàn)象的發(fā)生。它關(guān)注的是網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的速度和被傳出數(shù)據(jù)的優(yōu)先權(quán)。

        3 基于時延的不同控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析

        因為網(wǎng)絡(luò)的存在,時系統(tǒng)信息存在時延,導(dǎo)致出現(xiàn)采樣空置和采樣過多。為解決此類問題,人們常常在發(fā)生采樣空置之前利用他的前一個時段的控制信息,發(fā)生采樣過多時一般使使用最新數(shù)據(jù)將就得信息丟掉。但是長此以往,多會發(fā)生數(shù)據(jù)包的丟失,也就是說在上述采樣空置和采樣過多時數(shù)據(jù)包只是滯后了一段時間出現(xiàn)。由于時延隨機(jī)波動性比較大,造成了較高的數(shù)據(jù)丟包率,而為還存在傳輸數(shù)據(jù)的秩序混亂問題。為此研究人員做了大量的工作,找到了很多解決問題的辦法,例如Smith預(yù)估補(bǔ)償控制、監(jiān)督控制等。

        3.1 基于廣義預(yù)測控制算法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

        3.1.1基于廣義預(yù)測控制算法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性

        假如在一定的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)圖中,輸出信息和控制信息在閉環(huán)控制系統(tǒng)中按照一定的傳遞時序進(jìn)行,若在一定的時間沒有任何控制量到達(dá)控制器則就會發(fā)生采樣空置,這樣控制器在一個采樣周期內(nèi)沒法算出新的控制量;而在一定的情況下,控制量可能會晚些到達(dá)控制器,從而發(fā)生了時序混亂,所以控制器怎樣選取輸入值來計算控制量是一個值得研究的問題,如果不研究出相應(yīng)的解決措施,網(wǎng)絡(luò)時延的隨機(jī)性將會對控制系統(tǒng)的性能在成嚴(yán)重?fù)p壞。

        3.1.2基于廣義預(yù)測控制算法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定設(shè)計

        網(wǎng)絡(luò)時延使原本能及時到達(dá)控制器的對象信息和控制量滯后一定時間到達(dá)執(zhí)行器或者發(fā)生數(shù)據(jù)包的丟失。因為時延,系統(tǒng)的前向通道和反饋通道不能正常進(jìn)行。前向通道的時延是指在一定的時間內(nèi)沒有任何控制信息到達(dá)控制器,反饋通道是指在一定時間內(nèi)沒有負(fù)面反饋,易使系統(tǒng)發(fā)散。廣義預(yù)測控制算法在計算過程中能對未來多個采樣時刻系統(tǒng)輸出進(jìn)行預(yù)測,借助這種預(yù)估控制量來降低網(wǎng)絡(luò)時延對控制量到達(dá)時間的影響。廣義預(yù)測控制在被控對象的發(fā)送端設(shè)立了一個緩沖區(qū),在緩沖區(qū)中按照一定時間間隔進(jìn)行自動更新排列,在控制器節(jié)點借助GPC來完成控質(zhì)量的計算,在執(zhí)行器節(jié)點單獨設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)時延補(bǔ)償器來應(yīng)對控制量隨機(jī)到達(dá)引起的系統(tǒng)性能下降問題,這樣的設(shè)計做到了完全處理隨機(jī)時延問題。

        3.2 基于動態(tài)矩陣控制算法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

        傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究往往忽略時延的影響設(shè)計控制器,采用狀態(tài)估計對時延進(jìn)行補(bǔ)償,這樣的控制器在設(shè)計是具有相當(dāng)大的保守性,而模型控制預(yù)測是美國和法國的幾家公司在20世紀(jì)70年代左右提出的一種新型控制算法,在石油和航空等領(lǐng)域發(fā)展迅速。本設(shè)計是在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中使用動態(tài)矩陣進(jìn)行控制,對時延進(jìn)行建模和時序分析,再應(yīng)用動態(tài)矩陣對模型進(jìn)行分析。endprint

        (1)動態(tài)矩陣控制算法

        通過工業(yè)過程得到的對象階躍影響,將他們在采樣時候的數(shù)值當(dāng)做描述對象動態(tài)特征的信息,建成了預(yù)測模型。因為階躍模型的影響,動態(tài)矩陣控制算法只針對逐漸穩(wěn)定的對象。該模型通常由三部分組成:1)預(yù)測模型——依照歷史信息和未來輸入,來預(yù)測未來一個有限時間段的輸出值,它是對系統(tǒng)動態(tài)特征的提前描述;

        2)滾動優(yōu)化——模型預(yù)測控制是通過某一個性能指標(biāo)的最優(yōu)來推斷出將來的控制作用,該性能指標(biāo)牽涉到系統(tǒng)未來的行為,隨著時間的發(fā)展而在線優(yōu)化,它是一種優(yōu)化控制算法;3)反饋校正。指在預(yù)測控制過程中每一步驟都要檢測真實輸出和預(yù)測值的偏差,進(jìn)而校正模型預(yù)測的不準(zhǔn)確性,最后進(jìn)行優(yōu)化。

        (2) 基于動態(tài)矩陣控制算法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計

        標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)矩陣控制算法通常取控制序列中的首個數(shù)據(jù)作為當(dāng)前控制周期的控制增量,然而控制器每次只能發(fā)送首個控制量,并且該控制量都比較小,一旦時延推遲了控制量的更新,就會導(dǎo)致該小增量控制信號的實際作用時間被加長,進(jìn)而造成控制系統(tǒng)響應(yīng)過程緩慢。通過建立考慮時延在內(nèi)的控制系統(tǒng)的模型并從控制時序方面進(jìn)行分析,采用系統(tǒng)時延空間模型來確定預(yù)測輸出量,有效解決了從傳感器到控制器的時延。

        4 結(jié)束語

        網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在給人類帶來諸多進(jìn)步的同時,也給控制領(lǐng)域的發(fā)展帶來很多新的挑戰(zhàn),本文在對基于時延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹后,又針對不同系統(tǒng)的時延進(jìn)行分析。時延是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的一個主要問題,研究人員們應(yīng)該加大在這方面的研究力度,讓網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)更好地造福人類。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 孫海燕,侯朝楨,趙奇.基于模型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性[J].控制與決策,2005,20(4): 412-416.

        [2] 肖小慶,周磊,陸國平.帶有隨機(jī)時延的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的輸出反饋鎮(zhèn)定[J].控制理論與應(yīng)用,2009,26(9): 1023-1025.

        [3] 岳東,彭晨,Han Q.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與綜合[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

        [4] 嚴(yán)懷成,黃心漢,王敏.不確定多時變時滯網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時滯相關(guān)穩(wěn)定性[J].控制理論與應(yīng)用,2008,25(2): 303-306.

        作者簡介:

        馬洪濤(1978-),男,碩士研究生,講師;主要研究方向和關(guān)注領(lǐng)域:控制理論與控制工程。endprint

        猜你喜歡
        時延穩(wěn)定性
        一類k-Hessian方程解的存在性和漸近穩(wěn)定性
        SBR改性瀝青的穩(wěn)定性評價
        石油瀝青(2021年4期)2021-10-14 08:50:44
        基于GCC-nearest時延估計的室內(nèi)聲源定位
        電子制作(2019年23期)2019-02-23 13:21:12
        基于小波降噪的稀疏傅里葉變換時延估計
        基于改進(jìn)二次相關(guān)算法的TDOA時延估計
        非線性中立型變延遲微分方程的長時間穩(wěn)定性
        半動力系統(tǒng)中閉集的穩(wěn)定性和極限集映射的連續(xù)性
        FRFT在水聲信道時延頻移聯(lián)合估計中的應(yīng)用
        基于分段CEEMD降噪的時延估計研究
        具有時延和丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)保性能控制
        亚洲熟女乱色综合亚洲av| 国产精品毛片毛片av一区二区| 不卡免费在线亚洲av| 婷婷四虎东京热无码群交双飞视频 | 日韩无码专区| 亚洲av成人中文无码专区| 国产免费专区| 国产一及毛片| 亚洲一级av大片在线观看| 给我看免费播放的视频在线观看| 亚洲人成人无码www影院| 69精品丰满人妻无码视频a片| 欧美色欧美亚洲另类二区不卡| 高清av一区二区三区在线| 中国黄色偷拍视频二区| 亚洲av无码国产精品色软件| 日本japanese少妇高清| 亚洲中文字幕巨乳人妻| 精品日韩在线观看视频| 成品人视频ww入口| 亚洲av无码久久寂寞少妇| 国产自精品在线| 免费人成网在线观看品观网 | 亚洲精品国产精品国自产| 精品久久久久久久中文字幕 | 少妇被粗大猛进进出出| 偷拍美女上厕所一区二区三区| 中文无码熟妇人妻av在线| 国产欧美精品一区二区三区, | 免费无码肉片在线观看| 国产日韩精品一区二区在线观看播放| 一级a免费高清免在线| 神马影院午夜dy888| 国产精品自在拍在线拍| 欧美伊人网| 亚洲大胆视频在线观看| 久久国产人妻一区二区| 在线观看国产精品日韩av| 色人阁第四色视频合集网| 国产日产韩国av在线| 国产人妻人伦精品1国产盗摄|