1.一种针对多传感器网络化控制系统的主动时延补偿方法,包括如下步骤:步骤1)多个传感器的数据和执行器实际使用的控制信号通过单独的通讯信道发送到控制器;
传感器由于地理上的隔离,分布在不同的地方,从传感器发送到控制器的数据无法打包成一个数据包,因此这些数据包不得不通过单独的通讯信道向控制器发送,进而造成了传感器和控制器之间存在不止一条通讯信道,但是每个单独的信道都可以保证数据包的正常发送和接收;
步骤2)系统的状态重建过程;具体是:①控制器接收并判断采集到的控制器信号是否缺失,②如果不丢失则直接进入步骤3)进行控制量的计算,如果缺失部分传感器的信号,则先进行系统重建再进行控制量的计算;
结合下面的一个线性系统来说明具体的系统重建的方法
x(k+1)=Ax(k)+Bu(k) (2-1)其中,x∈Rn,u∈Rn,A∈Rn×n,B∈Rn×m;
在式(2-1)中引入了系统矩阵A,B,把A和B拆分成r×r和r×1的块矩阵,r表示传感器的个数,具体过程如下:这里Aij,i,j=1,2,...,r是ni×nj的维度,Bi是ni×m的维度;把矩阵分块以后写出每一个传感器数据更新的数学描述:由于在k时刻,系统的k-τsc,k时刻的所有的系统状态信息都是可得到的,因此传感器数据预测一步的的数学描述可以写成下面的形式:这里的k≥k0,k0,yj是上一时刻系统保存的状态信息,是系统的预测值,通过对丢失的传感器数据进行预测,控制器就可以得到每个传感器的信息;从而得到系统的完整的状态量 包括测量值和估计值;
从式(2-3)和式(2-4)可知, 的包括两部分,当传感器发送过来的系统的测量值可用时,使用系统的实际测量状态定义yi(k-τsc,k),如果系统实际测量值不完整的时候,使用测量值加上预测值作为控制器进行下一步计算的系统状态,为了表述不产生歧义用下面的式子来表示进而可以得到系统的状态矩阵
步骤3)控制器根据系统状态 做控制信号的计算,然后把控制信号打包成一个数据包发送出去;
控制器根据 预测系统的控制量,其中 表示系
统在k时刻计算出来的 时刻的控制序列, 表示系统在k时刻得到的反馈增益,是系统的状态矩阵.
具体的计算过程如下:
使用基于模型的预测控制方法(MPC)来做可控制信号的计算,在计算之前首先构造了一个目标函数,根据此目标函数进一步做控制器的计算;目标函数表示如下式(3-1)所示:这里 是系统在时刻k的目标函数,式(3-1)中的Q、R是系统的加权矩阵,是系统的控制信号表示如下:系统状态轨迹的预测量用 表示
Np是预测时域,Nu是控制时域.
步骤4)控制信号选择器在这些控制序列中选择一个最优的控制信号作用于执行器,并把选择的控制信号通过通讯信道发送到控制器;
当执行器接受到 之后就会根据当前控制器到执行器的时延从控制序列中选择一个控制量作用于执行器;执行器选择控制序列的选择过程表示如下:表示在传感器到控制器的时延与控制器到执行器的时延之和。