文摘

我们提出一个线性输出系统网络控制策略影响变异通信延迟。这种方法的目的是调整,通过使用模糊逻辑,命令提供的PID控制器。模糊逻辑控制器的输入(方法)是由延迟和延迟的变化和输出用于调整PID控制器的命令的新值发生在网络的通信延迟。仿真和实现结果。结果显示性能改进在使用我们的控制策略。作者提出了实现三维起重机的一个轴,使用以太网/ IP通信协议(TCP / IP)。

1。介绍

网络化控制系统(摘要)是一种新型的反馈控制系统,在信息从传感器的参数和命令控制执行机构通过通信网络如以太网交换,可以,和无线。在图1提出的一般架构nc (1]。

在图1S1到Sn代表传感器节点,A1是执行器节点,和C1 Cn控制器节点。没有义务尽可能多的控制执行器或传感器。网络化控制系统的主要问题是通信延迟和包变体失去失去(信息)。

在[2,3]给出的方法来减少交通通过网络,所以下降的可能性出现通信延迟。为此,使用基于事件的控制,这意味着控制信号不修改,直到满足条件。

根据通信延迟必须使用适当的控制策略,以确保所需的QoC(质量控制)。此外,网络的参数可以调整(QoS服务质量):通过分析性能的闭环系统,共享网络(1]。

在[4]提出的挑战和机遇在无线传感器/执行器网络(WSAN)。描述的一个主要问题是,WSAN必须支持QoS使用WSAN的应用程序所必需的。

当我们想要控制一个过程变量参数,我们可以使用multimodel控制策略。这个解决方案的优势是一个困难的问题分解成几个简单的问题来解决(5- - - - - -8]。

自适应控制系统时代表另一个策略是使用流程结构和参数的修改。在这种情况下,控制器有能力识别流程的修改和优化参数,因此(6,9- - - - - -15]。

在[16,17)使用遗传算法在线调整PID控制器的线性输出系统与随机通信延迟。通信延迟是包含在流程模型中。

最近开发新的概念,使用multimodel和自适应控制。提出了可行的解决方案在线控制的复杂过程的特点是非线性模型(18,19]。

本文组织如下。节2,我们首先提出的控制策略。部分3描述了案例研究,包括实验装置的表示和过程的数学模型,仿真和实验结果。最后,部分4包含了结论和未来研究的方向。

2。提出了控制策略

2.1。网络化控制系统

网络传感器和致动器的传感器和致动器是一组地理分布和相互联系的。传感器收集的信息处理和执行机构应对这些信息通过执行适当的操作。这些网络允许这样一个管理系统监控和操作过程的行为。节点之间的通信的质量(服务质量(QoS))网络中起着重要的作用。

传感器网络用来收集信息过程然后提交这些感兴趣的用户。传感器不能干扰过程和在大多数应用程序是不够的monitorization参数,还需要执行操作的过程。这需要采取行动使必要的传感器和执行器的网络中共存。网络的节点之间的通信的质量必须提供系统服务,确保用户满意。

从最终用户的角度来看,应用程序使用网络有自己的特定要求通信提供的网络基础设施的质量。在某些情况下,节点之间的信息交换变化快,必须完成。

根据目标应用程序的类型、质量内的通信网络可以具有鲁棒性、可用性、安全性,等等。一些参数可以用来衡量满意度的服务水平,如带宽、延迟和损失的信息。

带宽是一段时间内携带的信息量。一般来说,只要网络的带宽更大,系统性能越好。那些经常产生大量数据的节点,如摄像机,往往需要高带宽。

延迟是数据包所需的时间从发送方到接收方。网络延迟是那些敏感的应用程序需要提供实时数据包。实时并不意味着快速计算或高速通信。实时通信系统是独一无二的,因为它必须与速度,使同步需求。丢包率的百分比数据包在传输过程中丢失。它可以用来代表概率失去的包。一个包可能会丢失由于拥挤和不太成功的连接。

这些网络都不是简单的传感器网络因为共存的传感器和执行器。传感器节点通常有低成本、低功耗、小尺寸和配备有限处理模块和通信(例如,允许与其他节点在低速)通信。由于通信能力的局限性,带宽是有限的。特别是,节约能源是非常重要的扩展网络的操作,因为它是不可取的,改变传感器的电池操作。节点与致动器通常有更大的处理和通信能力。也分配更多的能量。

在资源约束的存在,网络通信质量可能遭受由于缺乏计算资源和/或通信。例如,节点数也要传递信息通过网络必须争夺有限的带宽,网络能够提供的。因此,一些数据将遭受重大延误,导致低质量的沟通。因为内存有限,一些数据包可能会丢失之前的节点可以发送他们到目的地。是非常重要的,给定的有限的资源有效地使用可用的。

传感器和执行器没有相同的资源约束。因为他们被设计通过使用不同的技术和不同的目的,他们不是相似的几个方面,如处理能力,沟通,和功能。在大型系统中,硬件和网络技术用于网络可能会有所不同从一个子系统到另一个地方。这是真的,因为很少有标准传感器和专用网络和执行器等产品的市场,往往有不同的特点。这种网络的异构性使得使用高水平的可用资源是非常困难的。因此,有效的利用资源不能最大化在大多数情况下。

2.2。混合利用控制

本文提出的控制策略提出了线性输出系统变异的通信延迟,因为通信网络。

基于模糊逻辑控制策略。模糊逻辑控制器是用来调整PID控制器提供的命令。

在图2提出的结构使用模糊逻辑控制策略,地点:代表了控制变量,的选点是控制变量,是控制信号,代表估计延迟,延迟的变化。延迟估计模块执行延迟的估计和延迟的变化。在每个采样时间估计当前的通信延迟执行和调整PID控制器的命令(根据模糊逻辑())。

为了确定当前通信延迟,控制器从S(传感器)节点请求数据。控制器知道没有通信延迟时,传感器节点将提供所请求的数据在一段时间后,。当通信延迟,传感器节点将提供所请求的数据在一个更高的时间内,,在那里。我们已经考虑传感器和执行器节点时,在同一地理区域,这意味着传感器节点之间的通信延迟和控制器是相同的通信控制器和执行器节点之间的延迟。所有这些因素后,闭环系统的通信延迟时间的时刻我们包括在流程模型中。命令我们已经分析了时延计算和比较它和通信延迟后,我们决定,它可以被忽视。

3所示。案例研究

3.1。实验装置和起重机模型

非线性输出系统纳入本文的研究轴的三维(3 d)起重机。机电系统有一个复杂的动态行为,从过程控制计算机。三维起重机设置由载荷(举起、放下方向由一个电动机安装在手推车)挂在pendulum-like liftline。购物车是安装在一个铁路,给系统能力的水平运动和的方向。因此,有效负载可以在三维空间中移动。致动器,系统利用三个RH158.24.75直流电机。数据采集是通过执行五个编码器测量五个过程变量:三个协调有效载荷的空间和两个偏差角度liftline,分辨率4096脉冲/旋转(ppr)的空间坐标和0.0015 rad偏差角度。一个接线盒包含一个放大的接口模块的控制信号传输从PC到直流电机(20.]。

我们的应用程序(3 d起重机),数据采集是由五个传感器节点。驱动是由三个执行器节点(直流电机)。

在每个传感器和致动器节点有一个ATMEL单片机,即ATMEGA32 ENC28J60模块和时钟信号发生器。的微控制器驱动节点用于控制器输出转换为脉宽调制信号用于命令汽车(21]。微控制器从传感器节点计算信号的上升和下降的边缘提供的编码器和发送的值计数器在数字格式过程计算机。ENC28J60模块用于电脑和传感器节点之间的通信过程,过程计算机和驱动之间的节点。时钟信号发生器设置工作频率的单片机16兆赫的价值。

3 d起重机是MIMO系统,有三个输入变量(三个直流电机控制信号)和5个输出变量(编码器信号)。的非线性特征pendulum-like运动载荷的空间,用一个变量线长度。图3(INTECO(2000)介绍了吊车系统,地点:(不代表)与车的距离铁路中心的建设框架;(不代表)是购物车的距离从铁路的中心;liftline的长度;代表之间的角度轴和liftline;代表负方向之间的夹角轴和liftline到的投影飞机;有效载荷的质量;车的质量;输送机的质量;有效载荷的坐标;代表的反应部队liftline作用于购物车;是车的动力铁路;是动力马车沿着铁路;力控制liftline的长度;是摩擦的力量。

如果我们定义状态变量和它们的关系我们得到了一个数学模型 已使用以下符号:;;;;;;;;;;;;;;;重力加速度;是一个非线性函数。

实现系统的仿真模型。这个模型可以找到的细节在20.]。

3.2。仿真和实验研究

非线性输出系统纳入本文的研究可以通过合理的近似传递函数: 在哪里代表了增益和描述的动态过程。通信延迟是包含在模型和过程就变成了 在哪里变体。

我们已经考虑过程的线性近似,上面所示。这个近似实验。使这个线性化后,我们有调整PID控制器,对于在没有通信延迟(秒)。离线调优了,在一个模拟的环境。

实现离线调优后,PID控制器一直在测试,模拟。我们继续考虑通信延迟秒,秒。下面的图4,提出了系统的模拟反应使用相同的PID控制器和不同的通信延迟。通过分析三种反应,我们可以看到,他们是有区别的,沉降时间和超调,而没有区别的稳态误差。

这种不匹配产生的是,通信延迟出现的时候,PID控制器设计时没有通信延迟不能按要求执行和闭环系统的性能恶化的通信延迟获得更高的价值。

为了防止减少闭环系统的性能,我们采用了图中给出的控制策略2。

规则库的模糊逻辑控制器用于在图展示了仿真和实验研究5。

延迟和命令使用P0-P8(积极)隶属函数,和延迟的变化使用陶瓷,N2, N3, N1(负面)、Z(零),P1, P2, P3, P4隶属度函数。

在我们的研究中,我们认为最高的延迟是2秒。

系统适用于采样时间为0.2秒。

过程计算机使用下列硬件配置:英特尔(R) (TM) 2双核CPU核心E7200 @ 2.53 GHz 2.53 GHz, 2.00 GB的内存。作为一个操作系统,它使用微软Windows XP专业版2002 Service Pack 3。同时,我们使用了Matlab。

在表中1和2给出了案例分析。(我)PID(固定延迟),E代表在模拟和实验系统的性能得到优化后的PID控制器实现,当被认为是不同的通信延迟。(2)PID和模糊(固定延迟),E代表系统的性能获得了在仿真和实验时使用该控制策略和被认为是不同的通信延迟。(3)PID(变体延迟),E代表系统的性能仿真和实验获得的调优后的PID控制器实现,当通信延迟变异值介于0到2秒。(iv)PID和模糊(变体延迟),E代表系统的性能获得了在模拟和实验使用提出的控制策略和通信延迟变异值介于0到2秒。

在数据6和7描述系统的模拟响应的情况下只使用PID控制器,并使用模糊逻辑调整的情况。从图的响应6得到固定延迟(sec),从图7延迟的变体。变体的分布延迟呈现在图8(S5)。

我们考虑过的实验研究以太网/ IP通信协议(TCP / IP)。在模拟中,我们已经考虑通信延迟秒,秒。在图9,给出了实验系统的响应使用相同的PID控制器和不同的通信延迟。

在仿真中,还在实验环境中,PID控制器设计时没有通信延迟不能按要求执行和闭环系统的性能恶化的通信延迟获得更高的价值。实验结果呈现在图9。

在数据10和11给出了实验系统的响应时的情况只使用PID控制器,并使用模糊逻辑调整时。从图的响应10得到固定延迟(sec),从图11延迟的变体。变体的分布延迟呈现在图12(案例E7)。

通过分析提出了数据的响应4,5,6在数据9,10,11我们可以看到,闭环系统的性能是我们提出的控制策略,提高使用时的过度和沉淀时间,而没有区别的稳态误差。

4所示。结论

在本文中,我们提出了一个线性输出系统网络控制策略影响变异通信延迟。通过使用一个模糊逻辑控制器,它提供的命令调整PID控制器。作为输入的模糊逻辑控制器使用延迟和延迟的变化。通过使用方法的输出,相应调整PID控制器的命令的当前值通信延迟。

通过分析仿真和实验结果,我们可以看到,闭环系统的性能提高是什么时候使用我们提出的控制策略。对实验分析这是使用了一个3 d轴起重机和以太网/ IP通信协议(TCP / IP)。

在未来的工作中,我们将使用另一个控制器非线性过程。

确认

工作已经由部门运营的2007 - 2013年规划人力资源开发罗马尼亚劳动,家庭和社会保障在金融协议POSDRU / 88/1.5 / S / 61178。图3并给出了非线性起重机模型和INTECO的礼貌。