[发明专利]一种两输入输出网络解耦控制系统时变网络时延的IMC方法

摘要

两输入输出网络解耦控制系统时变网络时延的IMC方法，属于带宽资源有限的MIMO‑NDCS技术领域。针对一种两输入输出信号之间彼此影响并耦合，需要通过解耦处理的TITO‑NDCS，由于网络数据在节点之间传输所产生的网络时延，不仅影响各自闭环控制回路的稳定性，而且还将影响整个系统的稳定性，甚至导致TITO‑NDCS失去稳定的问题，提出以TITO‑NDCS中所有真实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，同时对两回路实施IMC方法，可免除对节点之间网络时延的测量、估计或辨识，降低时钟信号同步要求，降低时变网络时延对TITO‑NDCS稳定性的影响，改善系统控制质量。

主权项

一种两输入输出网络解耦控制系统时变网络时延的IMC方法，其特征在于该方法包括以下步骤：对于闭环控制回路1：(1).当传感器S1节点被周期为h1的采样信号触发时，将采用方式A进行工作；(2).当控制预解耦器CPD节点被反馈信号y1b(s)触发时，将采用方式B进行工作；(3).当解耦执行器DA1节点被IMC信号u1(s)触发时，将采用方式C进行工作；对于闭环控制回路2：(4).当传感器S2节点被周期为h2的采样信号触发时，将采用方式D进行工作；(5).当控制预解耦器CPD节点被反馈信号y2b(s)触发时，将采用方式E进行工作；(6).当解耦执行器DA2节点被IMC信号u2(s)触发时，将采用方式F进行工作；方式A的步骤包括：A1：传感器S1节点工作于时间驱动方式，其触发信号为周期h1的采样信号；A2：传感器S1节点被触发后，对被控对象G11(s)的输出信号y11(s)和被控对象交叉通道传递函数G12(s)的输出信号y12(s)，以及解耦执行器DA1节点的输出信号y11mb(s)和y12mb(s)进行采样，并计算出闭环控制回路1的系统输出信号y1(s)和反馈信号y1b(s)，且y1(s)＝y11(s)+y12(s)和y1b(s)＝y1(s)‑y11mb(s)‑y12mb(s)；A3：传感器S1节点将反馈信号y1b(s)，通过闭环控制回路1的反馈网络通路向控制预解耦器CPD节点传输，反馈信号y1b(s)将经历网络传输时延τ2后，才能到达控制预解耦器CPD节点；方式B的步骤包括：B1：控制预解耦器CPD节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y1b(s)所触发；B2：在控制预解耦器CPD节点中，将闭环控制回路1的系统给定信号x1(s)与反馈信号y1b(s)和被控对象交叉通道传递函数预估模型G12m(s)的输出值y12ma(s)相减，再加上被控对象预估模型G11m(s)的输出值y11ma(s)，得到系统偏差信号e1(s)，即e1(s)＝x1(s)‑y1b(s)‑y12ma(s)+y11ma(s)；B3：对e1(s)实施内模控制算法C1IMC(s)，得到IMC信号u1(s)；B4：将IMC信号u1(s)与预解耦交叉通道传递函数P12m(s)的输出信号yp12m(s)相减，得到预解耦信号up1m(s)，即up1m(s)＝u1(s)‑yp12m(s)；B5：将来自控制预解耦器CPD节点闭环控制回路2中的预解耦信号up2m(s)作用于闭环控制回路1的被控对象交叉通道传递函数预估模型G12m(s)得到其输出信号y12ma(s)；将预解耦信号up2m(s)作用于交叉解耦通道传递函数预估模型P12m(s)得到其输出信号yp12m(s)；将yp12m(s)作用于被控对象预估模型G11m(s)得到其输出值y11ma(s)；B6：将IMC信号u1(s)通过闭环控制回路1的前向网络通路单元向解耦执行器DA1节点传输，u1(s)将经历网络传输时延τ1后，才能到达解耦执行器DA1节点；方式C的步骤包括：C1：解耦执行器DA1节点工作于事件驱动方式，被IMC信号u1(s)所触发；C2：将来自于闭环控制回路2解耦执行器DA2节点的解耦输出信号up2(s)，作用于闭环控制回路1的解耦交叉通道传递函数P12(s)得到其输出值yp12(s)；将IMC信号u1(s)与yp12(s)相减，得到控制回路1的解耦输出信号up1(s)，即up1(s)＝u1(s)‑yp12(s)；C3：将来自于闭环控制回路2解耦执行器DA2节点的解耦输出信号up2(s)，作用于解耦执行器DA1 节点中的预估模型G12m(s)得到其输出值y12mb(s)；C4：将解耦执行器DA1节点的输出信号up1(s)，作用于被控对象传递函数预估模型G11m(s)得到其输出值y11mb(s)；C5：将解耦执行器DA1节点的输出信号up1(s)，作用于被控对象G11(s)得到其输出值y11(s)；将信号up1(s)作用于被控对象交叉通道传递函数G21(s)得到其输出值y21(s)；从而实现对被控对象G11(s)和G21(s)的解耦与IMC，并实现对时变网络时延τ1和τ2的补偿与控制；方式D的步骤包括：D1：传感器S2节点工作于时间驱动方式，其触发信号为周期h2的采样信号；D2：传感器S2节点被触发后，对被控对象G22(s)输出信号y22(s)和被控对象交叉通道传递函数G21(s)输出信号y21(s)，以及解耦执行器DA2节点的输出信号y22mb(s)和y21mb(s)进行采样，并计算出闭环控制回路2系统输出信号y2(s)和反馈信号y2b(s)，且y2(s)＝y22(s)+y21(s)和y2b(s)＝y2(s)‑y22mb(s)‑y21mb(s)；D3：传感器S2节点将反馈信号y2b(s)，通过闭环控制回路2的反馈网络通路向控制预解耦器CPD节点传输，反馈信号y2b(s)将经历网络传输时延τ4后，才能到达控制预解耦器CPD节点；方式E的步骤包括：E1：控制预解耦器CPD节点工作于事件驱动方式，被反馈信号y2b(s)所触发；E2：在控制预解耦器CPD节点中，将闭环控制回路2的系统给定信号x2(s)与反馈信号y2b(s)和被控对象交叉通道传递函数预估模型G21m(s)的输出值y21ma(s)相减，再加上被控对象预估模型G22m(s)的输出值y22ma(s)，得到系统偏差信号e2(s)，即e2(s)＝x2(s)‑y2b(s)‑y21ma(s)+y22ma(s)；E3：对e2(s)实施内模控制算法C2IMC(s)，得到IMC信号u2(s)；E4：将IMC信号u2(s)与预解耦交叉通道传递函数P21m(s)的输出信号yp21m(s)相减，得到预解耦信号up2m(s)，即up2m(s)＝u2(s)‑yp21m(s)；E5：将来自控制预解耦器CPD节点闭环控制回路1中的预解耦信号up1m(s)作用于闭环控制回路2的被控对象交叉通道传递函数预估模型G21m(s)得到其输出信号y21ma(s)；将预解耦信号up1m(s)作用于交叉解耦通道传递函数预估模型P21m(s)得到其输出信号yp21m(s)；将yp21m(s)作用于被控对象预估模型G22m(s)得到其输出值y22ma(s)；E6：将IMC信号u2(s)通过闭环控制回路2的前向网络通路单元向解耦执行器DA2节点传输，u2(s)将经历网络传输时延τ3后，才能到达解耦执行器DA2节点；方式F的步骤包括：F1：解耦执行器DA2节点工作于事件驱动方式，被IMC信号u2(s)所触发；F2：将来自于闭环控制回路1解耦执行器DA1节点的解耦输出信号up1(s)，作用于闭环控制回路2的解耦交叉通道传递函数P21(s)得到其输出值yp21(s)；将IMC信号u2(s)与yp21(s)相减，得到控制回路2的解耦输出信号up2(s)，即up2(s)＝u2(s)‑yp21(s)；F3：将来自于闭环控制回路1解耦执行器DA1节点的解耦输出信号up1(s)，作用于解耦执行器DA2 节点中的预估模型G21m(s)得到其输出值y21mb(s)；F4：将解耦执行器DA2节点的输出信号up2(s)，作用于被控对象传递函数预估模型G22m(s)得到其输出值y22mb(s)；F5：将解耦执行器DA2节点的输出信号up2(s)，作用于被控对象G22(s)得到其输出值y22(s)；将信号up2(s)作用于被控对象交叉通道传递函数G12(s)得到其输出值y12(s)；从而实现对被控对象G22(s)和G12(s)的解耦与IMC，并实现对时变网络时延τ3和τ4的补偿与控制。