时延对基于网络的电液控制系统分析及其影响研究

【摘要】网络通讯技术被引入电液控制系统后,在数据实时传输过程中存在网络时延、数据丢包、时序错乱等现象,其中时延对系统的影响最大,主要是由网络控制系统时延呈现出可变性、随机性、不确定性的特性所决定的,严重影响着电液控制系统的精度、动态性能和稳定性。本文重点研究了基于网络的电液控制系统的闭环传输时延,系统中智能节点间传输时延的组成和分布,及传输时延的随机性和可变性等特点,建立了存在时延的电液控制系统离散数学模型。从网络传输协议、电液控制器和传感器等智能节点的驱动方式、采样周期的选择三个方面分析了电液控制系统时延的大小影响因素。以萨澳-丹佛斯工程机械车辆电液位置系统为具体研究对象,在CAN总线网络通信条件下,设置12个智能节点,其中6个高优先级节点,通过计算得出CAN总线控制的该系统的时延参数。利用MATLAB/TrueTime工具箱建立仿真模型,仿真研究固定时延和随机时延对电液控制系统的影响。针对时延对电液控制系统控制精度和稳定性造成的不良影响,传统的Smith预估运用到电液控制系统中,需要准确预估时延的变化参数和电液系统的精确模型,然而时延的可变性、随机性又恰恰实时改变着电液控制系统的工作状态,实现准确预估时延参数和精准模型非常困难。本文设计了基于Smith预估的模糊控制补偿方案,优化了Smith预估补偿策略。将模糊控制技术引入Smith预估控制技术中,直接运用于基于网络的电液控制系统。实现了Smith预估控制对电液控制系统的时延参数变化不敏感的特性,能够很好的跟随实际参数的变化。最后通过基于CAN总线的萨澳-丹佛斯的工程机械车辆电液位置系统实例仿真,在基于网络的电液控制系统中,随着时延的增大,系统的超调量明显增大,调节时间过长,当时延增加到11ms时,电液控制系统呈现出不稳定的状态,且在总时延一定的情况下,电液控制器到执行器时延所占比重越大,对电液控制系统造成的破坏也越严重。验证了Smith预估模糊控制方法的有效性和可行性。仿真结果表明,基于Smith的预估模糊控制方案对基于网络控制的电液控制系统的固定时延、随机时延都有很好的补偿效果。
【作者】王霖；
【导师】魏列江；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】电液控制系统；网络传输；时延；Smith预估器；模糊PID；CAN总线；

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