文摘
基于t - s模型,预测补偿方案包括定时器和计数器无线网络化系统的长时间延迟和数据包丢失了。的分离原理,观察单独预测和状态反馈控制器的设计。固定延迟的情况下,闭环网络控制系统的稳定性进行了探讨。倒立摆系统仿真说明了该方法的有效性在无线网络化系统基于t - s模型。
1。介绍
它一直是热门研究如何减少network-induced延迟,包辍学,和其他因素影响网络控制系统的稳定性和无线传感器网络1- - - - - -3]。从沟通的角度来看,4)提出了一种增强在临时按需距离矢量路由协议与负载平衡和延迟限制,可以缩短的端到端延迟和减少数据包的辍学生。一个新的动态路由控制策略提出了无线网络监控多个起重机的倾向(5),这可以减少测量包辍学。的问题分析和灰色建模的时间延迟明星拓扑无线网络控制系统研究[6]。从控制理论的角度来看,状态反馈控制器,状态观测器,并此输出反馈控制器,分别推导出的线性时变系统(7)保证闭环系统的渐近稳定性。在[8渐近稳定的充分条件,奇异脉冲系统根据李雅普诺夫函数理论,推导出和量化反馈控制器的设计方法。网络控制与重置量子化状态,分别研究了在9,10前者是observer-based],而后者是基于伯努利处理。此外,在[11),分析了输出反馈稳定Markov-based非均匀采样系统网络化控制系统。在[12),混合时间延迟神经网络在随机马尔可夫链的跳一直在探索深度。同样,在13]马尔可夫过程的跳跃的采样数据同步问题被认为是神经网络具有时变时滞和变量抽样。在[14),一个简化的模型预测控制算法设计与混合离散马尔可夫跳跃系统的不确定性。虽然有很多的文献网络线性系统,非线性系统,连续系统、离散系统、时变系统,定常系统,或上述多个系统的任意组合15- - - - - -17),取得了一些成就,时间延迟和数据包辍学率很少实时计算而设计控制器和补偿器。因此,指的模型18)和设计方案(19),提出了一种方法用定时器和计数器不仅可以实时计算延时和数据包辍学率也给予有效的预测补偿。
2。问题公式化
系统的框架通过网络媒介研究本文图所示1。传感器、控制器和驱动器驻留在物理上不同的节点通过共享通信网络进行通信。由于有限的网络带宽,避免网络堵塞以及网络中断、网络传输延迟和数据包在不同组件之间的信息交换出现辍学。
为了方便,一些一般性的假设给出如下。(1)传感器节点是一个完全时间驱动,项目和采样周期用是固定的;控制器和执行机构驱动和执行适当的操作,分别数据包到达时(20.]。(2)没有时间延迟或包辍学在采样周期。并假定数据丢失如果传输时间超过最大传输延迟,这是设置为。(3)之间的时间延迟和数据包辍学标记为传感器和控制器传感器和控制器之间的,而它们标记为在每个模块,包括计算延迟。(4)传感器和控制器的输出数据有一个时间戳和传输一个数据包没有错误的订单。
考虑一个植物在以下状态方程形式描述: 在哪里,,状态向量、控制输入和输出向量,分别。,,,与适当的矩阵维度。
根据(18,21),系统(1上面提到的)可以被描述的if - then模糊规则如下。
规则 。考虑 在哪里,if - then规则的数量,是前提变量,模糊集,与适当的矩阵维度。
通过使用单例fuzzifier模糊推理方法,产品推理,和中心平均defuzzifier,我们可以得到全球模糊方程th规则: 在哪里,,,,模糊集的隶属函数是。
3所示。无线网络控制系统设计基于t - s模型
在真正的网络控制系统中,环境和经济条件的限制,并不是所有状态变量是可衡量的。基于分层控制结构,网络控制系统的设计与当地状态观测器提出了(22]。介绍当地植物终端和收益状态观测器反馈控制与状态估计的远程控制器。因此,本文使用传感器和控制器之间的状态观测器。与此同时,为了避免数据混乱和计算数据包辍学率在一段时间内实时数据缓冲区和计时计数器。时将自动调整包辍学率比设定的速度来保证网络的稳定性。网络化控制系统设计摘要如图2。
3.1。缓冲/存储和计数器
缓冲和内存用于临时存储的数据,它可以过滤数据,避免了错误的订单。计数器的主要目的是计算数据包的辍学生。
传感器和控制器之间,定义两个变量,和。考虑为时间单位。在一个采样周期,当时间到了,将会增加。与此同时,如果缓冲区中的数据不改变,这将是;否则,这将是。
同样,控制器和执行器之间,定义两个变量,和。考虑为时间单位。在一个采样周期,当时间到了,将会增加。与此同时,如果缓冲区中的数据不改变,这将是;否则,。
网络化控制系统能承受一定程度的数据包辍学。因此,计算包目前辍学率将有助于确保系统的稳定性。包辍学率可以通过公式(估计5在上述改进的网络化控制系统。例如,假设缓冲区中的数据没有变化,内存中的数据已经改变了的时间内,所以,,,。然后,在时间,假设缓冲区中的数据和内存都没有改变,所以,,,。然后,在时间,假设缓冲区中的数据和内存都改变了,所以,,,。然后,在时间,假设缓冲区中的数据和内存都改变了,所以,,,。因此,的基础上(5),因此,在时间,是0.5,在时间吗是0.75,在时间吗,是0.5,在时间吗,是0.375。考虑
3.2。状态观测器的
对于任意初始值的系统(1)和状态观测器就等于后一步最多。也就是说,估算值和状态值是相等的。然而,连续系统没有这样的属性(23]。
假设当前的时刻。然后做个比较和当地时间之间的时间戳是收购。接下来,圆。如果缓冲区的数据更新,小于或等于什么。一般来说,使用植物作为输入的输出和输入的状态观测器。的反馈控制器。系统的状态观测器(4)结构如下24]: 在哪里,状态和状态观测器的输出向量,分别和状态观测器增益,可以通过双重原则。
3.3。的预测
我们都知道,包辍学也可以转换为时间延迟。值在当前时刻的因网络时延导致无法获得。即便如此,可以获得的。然后,结合和;从系统状态值来可以进一步预测如下:
从上面的公式之间的关系和可以由递归;也就是说,
3.4。状态反馈控制器
存在随机时延和数据包控制器和执行机构之间的辍学生,标记为。为了保持控制器同步,它应该计算控制量,在那里。
状态反馈控制器设计为公式(9),是当时间延迟估计价值。考虑 在哪里和是一个状态反馈控制器增益。
由公式(7)~ (9),系统状态值来还可以进一步预测,如下是哪一个
代入公式(9),它遵循
构造,控制序列将打包成数据包加上时间戳,然后发送到补偿器。
3.5。该补偿器
比较时间戳与当地时间或通过柜台,我们可以实现。在那之后,轮。应该注意到补偿器接收到的控制序列的生成,但是现在,传感器和控制器之间的延时值。由于这个原因,在时间,总延误闭环网络不是,但。因此,植物的输入和输出和。然后结合公式(10),状态估计量可以得到如下:
(12),一个获得
因此,现在的控制律是
在时间控制序列,可以设置为上述补偿器。控制输入时间延迟的补偿。
4所示。稳定性分析
定义以下错误矢量: 并定义以下增广向量: 此外,设置,,。
(1)当,有。
然后结合公式(8),它遵循
因此,
然后,
(2)当,定义
因此,
正如我们所知,如果所有的特征值矩阵和位于开放单位盘,该系统将渐近稳定,甚至有和。分离原理仍然适用于离散系统。它表明闭环系统状态反馈仍然保留的原始自然状态反馈闭环系统后进入观察者。所以极点配置可以分为两个部分:状态反馈和《观察家报》(23]。上面介绍的两个矩阵的特征多项式,分别和。显然,控制器增益和状态观测器增益可以进行基于分离原则。
5。数值例子
考虑一个倒立摆系统[25]。假设样本的时间年代,并选择以下状态变量: 在哪里意味着一个角之间的钟摆和垂直线意味着一个角速度。线性化原始的倒立摆模型5点工作,0°±15°和30°±。然后使用公式(3)(26)离散化,因此我们可以得到矩阵系数和。
然后,设置。
t - s模糊模型结果,可以编写如下: 在哪里
通过使用系统可控制性和可观测性的等级标准,系统完全可控和完全可观测的。考虑 在哪里 系统现在也完全可控和完全可观测的。考虑 在哪里 系统现在也完全可控和完全可观测的。
控制器波兰人被分配到这,,可以实现在上述三种前提条件。三个状态观测器增益将会以同样的方式获得。在这个仿真,输出变量可以反映以来第一状态变量。然而,它需要设计一个状态观测器的状态变量不能直接观测到。
的选择隶属度函数(27,初始设置为引用。然后结合语言与视时进行仿真。视时是一个Matlab工具箱,可以提供各种通信网络模型。此外,在仿真中,我们设置和。无线网络系统的输出结果不同的情况在图所示3,在那里代表不存在时间延迟或包辍学,表明有随机时间延迟和数据包辍学,但没有赔偿措施,和表明通过使用补偿方法的影响。很容易看到稳定的速度比。因此,在t - s模型的方法有优势的无线网络化系统与随机时间延迟和数据辍学问题。
6。结论
针对无线网络控制系统的随机时间延迟采样周期和包辍学,在本文中,补偿方法的基础上,在19t - s模糊系统,我们考虑到倒立摆的植物,使计数器可以处理数据包通过网络辍学率。根据分离原则,国家观察单独预测和状态反馈控制器的设计。此外,有一个闭环网络控制系统的稳定性分析与固定的时间延迟。提供一个数值例子说明了该方法是有效地缩短长时间延迟和减少数据包的辍学生在无线网络系统,可应用于倒立摆的t - s模糊系统。下一步是模型的GPS和SI4432-based无线传感器网络(WSN)的t - s模糊系统。因此,本文中提到的方法可以发挥作用的基础,然后在实践中应用。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金支持下批准号61374083,下的浙江省科学技术厅项目批准号。2014 c31082 2014 c33109,毕业于浙江科技大学创新研究计划(YCX12028)。