[发明专利]基于调度与控制器参数动态重构的磁粉真空烧结装置网络化控制方法

说明书

技术领域

本发明属于工业以太网控制技术领域，涉及的是一种基于调度与控制器参数动态重构的 磁粉真空烧结装置网络化控制方法。

背景技术

烧结作为磁性材料制备生产过程的重要工序之一,直接影响着磁性材料的质量,烧结技术 发展与设备改进是磁体制造工业转型升级的关键,关系着磁性材料走向国际化的进程。烧结的 优良将直接影响磁体质量、外观和稳定性等因素；同时，基于以太网的网络化控制方法也是 提高磁体质量必不可少的要求。

网络控制系统是一种全分布式、网络化实时反馈控制系统，是指传感器、控制器及执行 器和通信网络的集合，用通信网络提供设备之间的数据传输，从而实现系统资源共享和协调 操作。目前，针对多变量通信受限的网络控制器的设计方法普遍采用通信序列及混合逻辑动 态构架的概念将原有网络控制系统转变成集调度和控制于一体的离散周期性时变切换系统， 进而设计相应的控制器。这类设计方法普遍存在控制器的个数要受原有通信序列周期数的约 束并且结构复杂；更进一步，当网络服务质量发生动态变化的时候，往往需要多个控制器周 期性频繁切换才能确保控制系统的性能；另一方面，这类方法所用到的相关专业理论知识较 多，不便于被工程技术人员掌握和推广使用。

发明内容

为了克服具有随机短时延的多输入/多输出磁粉真空烧结装置网络化控制系统中存在控 制增益、通信序列无法动态重构的问题，本发明提供可根据系统IAE性能指标动态地调整信 息的传输方式，克服网络传输调度受限于当前传输网络利用率的先验知识，无法自适应网络 的动态变化，无法保证整个闭环网络化控制系统具有良好的抗干扰性和鲁棒性，在恶劣情况 下甚至会引起控制器失效，从而使得整个闭环网络控制系统达不到预先设计的控制性能问题。

同时，本发明可根据网络实时状态进行控制器参数动态重构的单一控制器，克服原有控 制器结构复杂并受通信序列传输周期约束问题，避免多个控制器周期性切换，方便被工程技 术人员掌握和推广使用。本发明可有效改善网络环境，提高网络利用率及系统的整体性能。 为了解决上述技术问题采用的技术方案为：

基于调度与控制器参数动态重构的磁粉真空烧结装置网络化控制方法，包括如下步骤：

Step 1、根据实际工况对磁粉真空烧结装置进行系统辨识和参数估计如式(1)：

其中表示r维磁粉真空烧结装置的状态向量；表示m维磁粉真空烧结 装置的阀门开度输入向量，τ_k表示每个采样周期内的随机有界网络短时延，且满足 0≤τ_k≤eh(0＜e＜1)h为控制系统的采样周期，表示q维的部扰动信号，表 示磁粉真空烧结装置的被调输出温度、气压、水压、位移信号向量，A_p,B_p,C_p是适当维数的 系统矩阵；

Step 2：设置控制系统的采样周期h、调度周期步长N、调度周期T，并满足：T＝Nh； 设置磁粉真空烧结kT+αh时刻采样序列的调度系数θ_i(kT+αh)阈值η_i和kT+βh时刻更新序 列的调度系数δ_j(kT+βh)阈值并设置调度策略如式(2)所示：

其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,N)j∈(1,…,m),β∈(0,…,N-1)，IAE表示信号的绝对误差性能。

当k＝1时，设置初始调度矩阵Λ_α＝I，Ξ_β＝I，否则根据调度策略生成当前调度周期T 内的采样调度矩阵和更新调度矩阵

其中为kT+αh时刻采样序列调度系数组成的向 量，为kT+βh时刻更新序列调度系数组成的向量；

Step 3:系统以调度周期T离散化，并根据step 2的调度策略建立如下映射关系：

其中为系统调度后控制器的输入状态向量，为经系统调度后控制器 的输出向量；

构建系统增广向量矩阵包括：状态向量矩阵X(kT)，控制器输出U(kT)、控制器的有效 输入执行器的有效输入被调输出Z(kT)、外部扰动信号W(kT)、采样调度矩 阵更新调度矩阵和并建立新的映射关系如下：

其中：

Step 4:设置系统状态反馈控制器重新构造新的状态向量G、 M、N、L如下：