时延对基于网络的电液控制系统分析及其影响研究

发布时间：2017-08-21 23:34

  本文关键词：时延对基于网络的电液控制系统分析及其影响研究

  更多相关文章： 电液控制系统 网络传输 时延 Smith预估器 模糊PID CAN总线

【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。
【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
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137;TP273
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 基于网络的电液控制系统概述10-13
• 1.2.1 基于网络的电液控制系统特点11-12
• 1.2.2 基于网络的电液控制系统的典型结构12-13
• 1.3 基于网络的电液控制系统数据传输问题13-15
• 1.4 基于网络的电液控制系统时延问题研究现状15-16
• 1.4.1 国内外研究方法与研究思路15
• 1.4.2 国内外时延补偿研究现状15-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-17
• 第二章 基于网络的电液控制系统时延分布、组成17-28
• 2.1 基于网络的电液控制系统时延分析17-19
• 2.1.1 时延产生的原因17-18
• 2.1.2 基于网络的电液控制系统时延的组成18-19
• 2.2 基于网络的电液控制系统传输时延特性分析19-21
• 2.3 影响电液控制系统时延大小的因素分析21-27
• 2.3.1 网络协议对时延的影响21-23
• 2.3.2 节点驱动方式对时延的影响23-24
• 2.3.3 采样周期对电液控制系统时延的影响24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于CAN总线网络的电液控制系统设计28-36
• 3.1 基于CAN总线的电液控制系统工作原理28-29
• 3.2 基于CAN总线的电液控制系统组成介绍29-31
• 3.2.1 基于CAN总线的通讯转换器29-30
• 3.2.2 基于CAN总线的萨澳-丹佛斯MC050-010电液控制器30
• 3.2.3 基于CAN总线的PVE阀30-31
• 3.3 电液位置系统数学模型31-34
• 3.4 CAN总线的信号传输方式34
• 3.5 CAN总线电液控制系统时延参数计算34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 时延对电液控制系统的影响研究36-46
• 4.1 存在时延的电液闭环控制系统模型36-38
• 4.2 时延导致的电液控制系统的误差分析38-39
• 4.3 基于TrueTime工具箱的电液控制系统仿真平台的建立39-43
• 4.3.1 TrueTime Kernel实时内核模块40
• 4.3.2 TrueTime Network网络模块40-41
• 4.3.3 基于CAN总线电液控制系统TrueTime仿真设计41-43
• 4.4 基于CAN总线电液控制系统仿真分析43-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 基于网络的电液控制系统时延补偿方法的研究46-58
• 5.1 基于网络的电液控制系统时延特性分析46
• 5.2 Smith预估补偿原理46-48
• 5.3 Smith预估补偿器的计算机控制系统48-49
• 5.4 电液控制系统Smith预估时延补偿控制49-53
• 5.4.1 电液控制系统Smith预估时延补偿控制原理49-50
• 5.4.2 仿真设计与分析50-53
• 5.5 Smith预估模糊PID控制补偿53-57
• 5.5.1 Smith预估模糊PID控制的工作原理54-55
• 5.5.2 仿真设计与分析55-57
• 5.6 本章小结57-58
• 结论与展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录64-65
• 附录B 科研实践65

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