[发明专利]网络化控制系统采样周期优化控制方法

摘要

本发明提供了一种网络化控制系统采样周期优化控制方法，包括对被控对象的测量输出变量、被调输出变量进行采样，并构建离散系统模型；建立采样周期T_s与网络延迟τ之间的关系；设计动态输出反馈鲁棒控制器，并构建闭环系统模型；检测所得到的闭环系统模型是否满足鲁棒渐进稳定要求；建立采样周期T_s与最优鲁棒性能γ之间的关系；设定采样步长h，并设下一采样周期T_s’＝T_s+h，重复上述过程，当闭环系统失去鲁棒渐进稳定时停止采样，定义最小的最优鲁棒性能γ所对应的下一采样周期T_s’为最优采样周期，并记为T_γ。本发明主要解决了采样周期优化控制的问题，设计了一种态输出反馈鲁棒控制器，保证了系统在外界扰动干扰的情况下，仍然具有良好的稳定性，动态性与鲁棒性。

主权项

1.一种网络化控制系统采样周期优化控制方法，包括对被控对象测量输出变量和被调输出变量的采样，其特征在于，主要步骤如下：步骤1、对被控对象的测量输出变量、被调输出变量进行采样，并构建离散系统模型；其中，x(k)为被控对象当前时刻k时的状态变量；x(k+1)为被控对象下一控制周期(k+1)时刻的状态变量；u(k)为被控对象当前时刻k时的控制输入量；u(k‑1)为前一控制周期(k‑1)时的控制输入量；y(k)为当前时刻k时的测量输出变量；z(k)为当前时刻k时的被调输出变量；w(k)为当前时刻k时的外部扰动；A为被控对象连续时间状态变量x(t)的系数且是一个常数，t为连续时间变量，T_s为采样周期；B₁为被控对象连续时间控制输入量u(t)的系数且是一个常数，τ为网络延迟；B2为外部扰动的系数1且是一个常数；C1为状态变量x(k)的系数1且是一个常数；C2为状态变量x(k)的系数2且是一个常数；D1为外部扰动的系数2且是一个常数；D2为外部扰动的系数3且是一个常数；步骤2、建立采样周期Ts与网络延迟τ之间的关系；其中，Tsend为发送周期，且Ts≥Tsend，m为队列的长度，n为队列中所含数据包的个数；步骤3、设计动态输出反馈鲁棒控制器，并构建闭环系统模型；所述动态输出反馈鲁棒控制器的表达式如下：所述闭环系统模型的表达式如下：其中，x(k‑1)为被控对象前一控制周期(k‑1)时刻的状态变量；xc(k)为控制器当前时刻k时的状态变量；xc(k+1)为控制器下一控制周期(k+1)时刻的状态变量；xc(k‑1)为控制器前一控制周期(k‑1)时刻的状态变量；w(k‑1)为前一控制周期(k‑1)时刻的外部扰动；Ac为控制器状态变量xc(k)的系数1且是一个常数；Bc为测量输出y(k)的系数1且是一个常数；Cc为控制器状态变量xc(k)的系数2且是一个常数；Dc为测量输出y(k)的系数2且是一个常数；步骤4、检测步骤3所得到的闭环系统模型是否满足鲁棒渐进稳定要求，即是否满足不等式(4)，若满足不等式(4)，则闭环系统模型满足鲁棒渐进稳定要求，进入步骤5，否则返回步骤1；其中，W51＝Ad+B10DcC2,W51T为W51的转置；W52＝B10Cc,W52T为W52的转置；W53＝B11DcC2,W53T为W53的转置；W54＝B11Cc,W54T为W54的转置；W61＝BCC2,W61T为W61的转置；为A_c的转置；P为李雅普诺夫函数的系数1且是一个常数，P‑1为P的逆；S为李雅普诺夫函数的系数2且是一个常数，S‑1为S的逆；R为李雅普诺夫函数的系数3且是一个常数；Z为李雅普诺夫函数的系数4且是一个常数；步骤5、建立采样周期Ts与最优鲁棒性能γ之间的关系；其中，W₇₅＝B₁₀D_cC₂+B₂,W₇₅^T为W₇₅的转置；为B_c的转置；γ为最优鲁棒性能；ε为标量；为单位矩阵；步骤6、设定采样步长h，并设下一采样周期Ts’＝Ts+h，重复步骤1、2、3、4、5，当闭环系统失去鲁棒渐进稳定时停止采样，定义最小的最优鲁棒性能γ所对应的下一采样周期Ts’为最优采样周期，并记为Tγ。