网络化运动控制系统协同设计方法研究

发布时间：2017-08-18 02:11

  本文关键词：网络化运动控制系统协同设计方法研究

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【摘要】：网络化运动控制系统(Networked Motion Control System,NMCS)是建立在网络平台上由电机等被控对象、执行器、传感器和控制器组成的闭环运动控制系统。该系统通过网络平台实现实时信号交互、资源共享、监控调度信息等功能。其广泛应用于工业自动控制等领域。由于运动控制系统具有较高实时性,网络的加入使得运动控制系统很难满足该要求。因此,研究NMCS协同控制方法,改善其整体性能的研究具有重要的理论与应用意义。本课题兼顾NMCS的网络服务质量和控制质量,研究NMCS的控制与调度协同设计方法,并开展相关仿真研究。主要完成以下工作:完成无网络和有网络环境下双闭环运动控制系统的仿真建模实验;研究它们在满载启动、制动和反转情况下的控制特性;研究网络不确定因素如丢包率、网络干扰、时延、传输速率等对双闭环运动控制系统的性能影响,并完成相关的仿真实验研究。针对NMCS中控制器的控制策略,对比研究PID与自适应模糊控制算法,并完成相关的仿真建模实验;针对NMCS中调度策略,对比研究动态与静态顺序调度策略,并完成相关的仿真建模实验。讨论控制与调度之间的关系,研究并分析目前几种控制和调度协同设计方法,如:鲁棒控制与调度的协同设计方法、基于混合逻辑动态模型的协同设计方法、基于状态反馈的协同设计方法和基于误差阈值的协同设计方法,并总结它们的设计流程。完成几种控制与调度协同设计方法的仿真建模及它们的对比实验,包括:基于允许误差阈值调度与PID控制的协同设计仿真、自适应模糊控制与允许误差阈值网络调度的协同设计仿真、模糊调度与PID控制的协同设计仿真。提出自适应模糊控制与允许误差阈值模糊网络调度的NMCS协同设计方法。分析该方法的协同控制思想,即一方面对单个电机回路采用自适应模糊控制,改善网络及其他等不确定因素对闭环控制系统性能的影响;另一方面,根据控制系统的响应输出,通过允许误差阈值的模糊调度器来调节各个电机回路的执行顺序,从而保证各控制回路的控制性能;给出自适应模糊控制器设计和基于误差阈值的网络模糊调度器设计;进行NMCS满载启动、制动和反转的相应仿真实验研究。通过仿真实验得出,所提方法具有良好的抗干扰性和动态跟随性。
【关键词】：网络化运动控制系统 协同设计 调度 自适应模糊控制
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题背景及研究目的和意义11
• 1.2 国内外研究发展概况11-15
• 1.2.1 网络调度方法研究现状12-13
• 1.2.2 控制器控制策略研究现状13-14
• 1.2.3 控制和调度协同设计研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第二章 双闭环网络化运动控制系统17-31
• 2.1 运动控制系统控制原理17
• 2.2 运动控制系统性能指标17-19
• 2.3 网络化运动控制系统19-27
• 2.3.1 网络化运动控制系统结构19
• 2.3.2 网络化运动控制系统设计性能指标19-20
• 2.3.3 网络化运动控制系统实时性要求20-21
• 2.3.4 基于Truetime的NMCS仿真平台21-23
• 2.3.5 单回路双闭环的NMCS仿真建模23-26
• 2.3.6 单回路双闭环的NMCS仿真结果及分析26-27
• 2.4 网络因素对单回路双闭环NMCS的性能影响研究27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 多回路NMCS控制与调度策略的研究31-41
• 3.1 多回路NMCS的PID控制方法研究31-34
• 3.1.1 PID控制的多回路NMCS结构31-32
• 3.1.2 仿真建模32-33
• 3.1.3 仿真结果及分析33-34
• 3.2 多回路NMCS的自适应模糊控制方法研究34-38
• 3.2.1 自适应模糊控制原理34-36
• 3.2.2 自适应模糊控制的多回路NMCS控制结构36
• 3.2.3 仿真建模36-37
• 3.2.4 仿真结果及分析37-38
• 3.3 多回路NMCS的动态调度方法研究38-40
• 3.3.1 动态网络调度与静态网络调度38
• 3.3.2 动态调度的多回路NMCS控制结构38
• 3.3.3 仿真建模38-39
• 3.3.4 仿真结果及分析39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 NMCS控制与调度的协同设计方法41-51
• 4.1 控制与调度的关系41
• 4.2 几种控制与调度协同设计方法41-49
• 4.2.1 鲁棒控制与调度的协同设计方法41-44
• 4.2.2 基于集成控制与调度的协同设计方法44-46
• 4.2.3 基于状态反馈的控制与调度的协同设计方法46-48
• 4.2.4 基于允许误差阈值的控制与调度的协同设计方法48-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 网络化运动控制系统协同设计仿真研究51-59
• 5.1 基于允许误差阈值的控制与调度的协同设计仿真研究51-55
• 5.1.1 基于允许误差阈值调度与控制的多回路NMCS控制结构51-52
• 5.1.2 允许误差阈值调度器52
• 5.1.3 PID控制器52-53
• 5.1.4 基于误差阈值的控制与网络调度的NMCS仿真建模53-54
• 5.1.5 仿真结果及分析54-55
• 5.2 自适应模糊控制与允许误差阈值网络调度的协同设计仿真研究55-57
• 5.3 模糊调度与PID控制的协同设计仿真研究57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 自适应模糊控制与允许误差阈值的模糊调度协同设计59-69
• 6.1 自适应模糊控制与允许误差阈值的模糊调度协同控制思想59-60
• 6.2 自适应模糊控制器设计60-62
• 6.3 允许误差阈值的模糊调度器设计62-65
• 6.4 自适应模糊控制与允许误差阈值模糊调度的NMCS仿真建模65-67
• 6.5 仿真研究结果及分析67-68
• 6.6 本章小结68-69
• 第七章 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 附录76

【参考文献】

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本文编号：692174