PDF《网络串级控制系统的事件触发控制器设计》

第33卷第8期 控制与决策Vol.

33 No.8 2018年 8月 Control and Decision Aug.

2018 文章编号: 1001-0920(2018)08-1527-05 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2017.0239 网络串级控制系统的事件触发控制器设计 杜昭平? , 袁文荣 (江苏科技大学 电子信息学院,江苏 镇江 212003) 摘要: 为了减少有限网络带宽不必要的浪费,针对一类网络串级控制系统,首次引入事件触发机制,并在此基础 上考虑系统的串级控制器设计问题,通过对系统稳定性进行分析,设计可靠的主控制器和副控制器.考虑信号传输 造成的时延影响,首先建立带有事件触发机制的网络串级控制系统数学模型;

然后利用李雅普诺夫稳定性理论和 线性矩阵不等式技术,给出基于事件触发机制的系统稳定的充分条件,并且设计相应的主控制器和副控制器;

最后 通过仿真实例验证所提出的方法在网络串级控制系统中的有效性,即引入事件触发机制后,设计的主、副控制器 使得在系统稳定的前提下,信号传输的间隔变大,从而减小网络的拥塞,提高网络带宽的有效利用率. 关键词: 网络串级控制系统;

事件触发机制;

建模;

稳定性;

主控制器;

副控制器 中图分类号: TP273 文献标志码: A Event-triggered controller design of networked cascade control systems DU Zhao-ping? , YUAN Wen-rong (College of Electronics and Information,Jiangsu University of Science and Technoloty,Zhenjiang 212003,China) Abstract: Concerning the problem of controller design for a class of networked cascade control systems, based on the stability analysis, the reliable primary and secondary controllers are designed, an event-triggered scheme is introduced to reduce the unnecessary waste of the limited network bandwidth resources for the ?rst time. Firstly, considering the e?ect of the transmission delay, a model with the event-triggering scheme is constructed. Then, by using the Lyapunov stability theory and linear matrix inequality technique, some su?cient conditions of stability are proposed and the corresponding primary and secondary controllers are also obtained for the systems. Finally, a simulation example is given to illustrate the e?ectiveness of the proposed method. That is to say, with the introduction of the event-triggered scheme, the designed primary and secondary controllers make the interval of signal transmission larger under the premise of system stability, thus the congestion of network is reduced and the e?ective utilization of network bandwidth is improved. Keywords: networked cascade control systems;

event-triggered scheme;

modeling;

stability;

primary controller;

secondary controller

0 引言随着工业化的不断发展,生产过程中对自动控制 的要求日益提高,单回路控制虽然结构简单、 容易实 现,但往往不能满足生产工艺的要求,尤其是在复杂 控制系统中更加显得无能为力. 因此,在单回路控制 系统的基础上增加一个副回路,从而构成串级控制系 统[1] ,该结构能够明显改善系统的控制性能,并且在 工业系统中已经得到了广泛的应用[2-3] . 近年来,信息技术和网络化得到飞速发展,网络 技术逐渐被应用到各类控制系统中, 并起到了很好 的控制效果. 将以实时网络作为被控对象、控制器 与执行器之间传输信号的媒介所构成的闭环反馈 控制系统称为网络化控制系统 (Networked control systems, NCSs). 如果在 NCSs 中加入一个副回路, 则 形成特殊的网络控制系统 ―C 网络串级控制系统 (Networked cascade control systems, NCCS)[4] ,它不仅 具有网络控制系统的突出特点,而且还具有串级控制 系统的许多优点,能够快速地克服回路中的干扰,提 高系统的控制性能. 网络的引入也不可避免地带来诸多问题,如网络 的负荷问题、 时延问题、 丢包问题等. 对此,国内外学 者展开了深入的研究. 文献[4]建立了具有时变时延 的网络串级控制系统的数学模型,并且设计了系统的 H∞ 控制器;