基于Internet远程控制系统的设计与实现

1、 电子信息工程电子信息工程 n设计意义设计意义n设计内容设计内容n基本原理基本原理n动态矩阵控制算法实现动态矩阵控制算法实现n控制算法仿真应用控制算法仿真应用n结论分析结论分析n离散控制结构离散控制结构n网络传输网络传输n时间延迟时间延迟n数据丢失数据丢失n预测控制的方法预测控制的方法n动态阵矩控制动态阵矩控制n仿真试验仿真试验nVBVB调用后台调用后台MATLABMATLAB计算引擎程序计算引擎程序 n预测模型预测模型n滚动优化滚动优化n反馈校正反馈校正n离线计算离线计算n第一步模型单位阶跃响应系数测定：第一步模型单位阶跃响应系数测定：n其中其中N N表示对象在阶跃扰动作用下，经过表示对象在

2、阶跃扰动作用下，经过NTNT个采样周个采样周期后基本达到稳态期后基本达到稳态.N.N称为建模时域。称为建模时域。n第二步控制动态系数计算第二步控制动态系数计算( (动态优化动态优化) )： TNaaaaa321 QARQAAddddTTPPT11210 ,0 ,1 其中分别其中分别P,MP,M为优化、控制时域，为优化、控制时域，Q,RQ,R均为加权系数均为加权系数矩阵，矩阵，A A为动态矩阵，为动态矩阵，WpWp为期望对象输出值向量为期望对象输出值向量n第三步误差校正向量第三步误差校正向量( (加权系数加权系数) )选定：选定：一般取一般取TNhhhh,2110, 2, 121Nihhn在线计

3、算在线计算n第一步预测初值设定：第一步预测初值设定： n第二步控制增量计算：第二步控制增量计算：n其中其中 TNNOyyy10,00 kykwdkuPPT0)( kylkyAkyNPPNP0000n第三步控制量的计算及实现：第三步控制量的计算及实现： n第四步输出预测：第四步输出预测：n第五步是否到下一个采样时刻第五步是否到下一个采样时刻? ?是，转下步；否则，是，转下步；否则，等待等待. .n第六步下一时刻实际输出测定第六步下一时刻实际输出测定 kukuku1 )(01kuakykyiNN1kyn第七步误差计算：第七步误差计算：其中，其中， 是向量是向量 的首项元素的首项元素. .n第八步预

4、测输出值校正第八步预测输出值校正：kkykyke1111kky11 kyN1 111khekykyNcorn第九步时移，预测初值更新：第九步时移，预测初值更新：其中其中 为移位矩阵为移位矩阵. .n第十步转第二步第十步转第二步110kySkycorNSPPS1001010kk1 把仿真研究引入到把仿真研究引入到Matlab/SimulinkMatlab/Simulink环境中。系统环境中。系统结构如图所示，包括两个补偿器，两个延迟元件，一结构如图所示，包括两个补偿器，两个延迟元件，一个个DMCDMC和一个传递函数模型。为了给不同的仿真任务和一个传递函数模型。为了给不同的仿真任务提供同样的模拟环

5、境，要在反馈和前向电路中提供相提供同样的模拟环境，要在反馈和前向电路中提供相同的时间延迟模型，它是随机产生的。被控对象的传同的时间延迟模型，它是随机产生的。被控对象的传函模型可以为：函模型可以为：1321)(2sssG 采样采样 间隔选择为间隔选择为0.1s0.1s。我们用随机数发生器来。我们用随机数发生器来模拟延迟单元。在仿真环境下，优化时域选为模拟延迟单元。在仿真环境下，优化时域选为 控制时域选为控制时域选为基于基于InternetInternet控制系统结构图控制系统结构图 sT8P3M 给定值 前向通道延迟 + 扰动 + 反馈通道延迟 DMC 输出补偿 被控对象 输入补偿 n由图可以看

6、出实际控制由图可以看出实际控制增量增量u(ku(k) )虽然控制住了虽然控制住了输出对象，但是输出对象，但是u(ku(k) )的的变化很剧烈，所以要进变化很剧烈，所以要进一步对一步对u(k)u(k)实际控制增实际控制增量进行限制。量进行限制。 n由图可以看出实际控制由图可以看出实际控制增量增量u(ku(k) )很好的控制住很好的控制住了输出对象，由于本次了输出对象，由于本次设计输出期望值设计输出期望值Wp(kWp(k) )取为取为1 1，所以将，所以将u(ku(k) )的的值控制在最大为值控制在最大为1.21.2来来控制输出曲线。期望输控制输出曲线。期望输出值出值WpWp可以调整。可以调整。

7、nPIDPID参数选取参数选取P=6,I=3,D=0,P=6,I=3,D=0,采样时间采样时间T=0.1sT=0.1s。如图所。如图所示利用示利用PIDPID控制器控制输出控制器控制输出时输出曲线和控制曲线变时输出曲线和控制曲线变化都非常剧烈，由于不同化都非常剧烈，由于不同的控制对象，的控制对象，P P，I I，D D这三这三个参数调试的难度相差很个参数调试的难度相差很大，三个参数要反复调试，大，三个参数要反复调试，才能最终达到较好的结果才能最终达到较好的结果 ，相当费时费力，所以将相当费时费力，所以将PIDPID控制器应用在网络控制系控制器应用在网络控制系统结构中不是最好的选择。统结构中不是

8、最好的选择。 nT=1snT=0.5snT=0.3s nT=0.1s n由以上四组图可以说明采样时间对于控制由以上四组图可以说明采样时间对于控制器的输出影响是非常大的，所以本次设计器的输出影响是非常大的，所以本次设计采样时间选取采样时间选取T=0.1sT=0.1s。nP=6，M=1 nP=7，M=1 nP=8，M=1 nP=9，M=1 n以上四组图是对优化时域以上四组图是对优化时域P P的研究，由图就的研究，由图就可以看出控制器输出控制最平稳的就可以看出控制器输出控制最平稳的就P=8P=8，M=1M=1是这一组，但是控制时域取是这一组，但是控制时域取M=1M=1不能得不能得到好的动态响应，所以

9、要进一步讨论的取到好的动态响应，所以要进一步讨论的取值值。nP=8，M=2 nP=8，M=3nP=8，M=4 nP=8，M=5n从以上四组图中的控制曲线变化都不大，从以上四组图中的控制曲线变化都不大，这是因为在控制时域已经选定的情况下控这是因为在控制时域已经选定的情况下控制时域的选取对于控制输出的影响并不大，制时域的选取对于控制输出的影响并不大，如果继续加大的取值只会增加控制系数的如果继续加大的取值只会增加控制系数的计算量，控制时域的选取只是在控制反应计算量，控制时域的选取只是在控制反应时间上有差别。时间上有差别。n 本次设计基本上达到了预期的结果，动态本次设计基本上达到了预期的结果，动态矩阵控制器的设计在仿真试验中得以验证其实矩阵控制器的设计在仿真试验中得以验证其实用性。用性。n 由于毕业设计时间有限，这次论文在设计由于毕业设计时间有限，这次论