网络控制系统的时延估算及补偿
时延网络控制系统的补偿算法和最优控制律设计
ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｍ ｉ ｍｅ ｄ ｌｙＣ ｍｐ ｔｒ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ ａ ｄ Ａ ｐｉ ｔ ｍ ， ０ ８ ４ （ ２ ： ２ － ２ ． ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｗ ｔ ｔ ｅ ． ｏ ｕ ｅ ｎ ｉ ｅ ｉ ｎ ｐ ｌ ａ ｉ ２ ０ ， ４ ３ ）２ ６ ２ ９ ｅ ｈｉ ａ ｎ ｎ ｃ ｏ
关键 词 ： 网络 控 制 系统 ； 随机 时延 ； 态观 测 器 ； 优控 制 状 最 Ｄ ：０３７ ￣ｉ ｎ１０ — ３ １ ０ ８ ２ ６ 文章编号 ：０ ２ ８ ３ （ ０ ８ ３ — ２ ６ ０ 文献标识码 ： 中图分类号 ：Ｐ ３ ＯＩ１ ． ８ ．ｓ． ２ ８３ ． ０ ． ． ８ ７ ｓ ０ ２ ３０ １０ — ３ １ ２０ ）２ ０ ２ — ４ Ａ Ｔ １
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江南大学 通信 与控制工程学院 ， 江苏 无锡 ２ ４ ２ １１ ２
Ｓ ｈ ｏ ｆＣｏ ｃ ｏ ｌｏ ｍｍｕ ｉａｉｎ ａ ｄ Ｃｏ ｔ ｌＥｎ ｉｅ ｒ ｇ，ｉｎ ｎ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ， ｕ ｉＪａ ｇ ｕ ２ ４１ ２， ｈｎ ｎｃｔ ｎ ｎｒ ｇｎ ｅｉ Ｊａ ｇ ａ ｉｅｓｔ Ｗ ｘ ，ｉｎ ｓ １ ２ Ｃ ｉａ ｏ ｏ ｎ ｙ
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控制系统的时延补偿与
控制系统的时延补偿与优化控制系统的时延补偿与优化随着现代科技的飞速发展，控制系统在各个领域的应用越来越广泛。
然而，控制系统中存在的时延对系统的性能和稳定性产生了挑战。
因此，通过时延的补偿和优化成为了控制系统设计中重要的一环。
一、时延的影响及其补偿方法1. 时延的影响时延是指信号从输入到输出之间的时间差。
在控制系统中，时延的存在会导致系统的响应变慢，降低系统的稳定性和控制精度。
尤其在需要实时响应的系统中，时延更是成为了一个严重的问题。
2. 时延的补偿方法为了解决时延的问题，研究者提出了多种补偿方法。
以下是常见的几种时延补偿方法：a. 预测补偿法：通过分析系统的特性和时延的传播规律，利用数学模型进行预测，然后根据预测结果进行补偿。
这种方法适用于时延较稳定的系统。
b. 模拟补偿法：将时延的信号转换为模拟信号并进行处理，然后再将处理后的信号转换回数字信号。
这种方法适用于时延较长且较大的系统。
c. 重复控制法：在控制系统中引入一个重复控制器，通过周期性地反馈和修正，以达到对时延的补偿作用。
这种方法适用于周期性时延较为明显的系统。
d. 输入参考补偿法：通过对输入信号进行修正，使其提前或延迟以适应系统的时延特性。
这种方法适用于时延较小的系统。
二、时延补偿与系统优化的关系时延补偿与系统的优化密切相关。
时延的存在会导致系统的性能下降，因此补偿时延可以提升系统的性能和稳定性。
同时，系统的优化也可以减小时延的影响，并在一定程度上降低时延的补偿难度。
因此，时延补偿与系统的优化应相辅相成，共同为控制系统的高效运行而努力。
1. 时延补偿对系统优化的作用时延的补偿可以提高系统的响应速度和稳定性，进而提升系统的性能。
通过合理地补偿时延，可以减小系统的超调量，加快系统的响应时间，提高系统的控制精度。
2. 系统优化对时延补偿的影响系统的优化可以降低时延的影响，减少补偿时延的难度。
例如，通过优化控制算法和增强系统的鲁棒性，可以降低时延对系统的影响，减少对时延的补偿需求。
网络控制系统的时延估计和自适应预测控制
文章 编 号 ：２ ８２ ２ （０ ７ ０ －１５０ ０５ － ４ ２ ０ ）２０ ７ －６ ７
网络 控 制 系统 的 时延估 计 和 自适 应 预 测控 制
李春茂 ， 肖 建 ， 张 胡
（ 西南交通大学 电气工程学 院 ， 四川 成 都 ６ ０ ３ ） １０ １
摘
要 ： 出了基于最小二乘支持 向量机 （ＳＳ Ｍ） 提 Ｌ－ Ｖ 的网络时延 预估 网络控制 系统 （ Ｃ ） 白适应 预测控 制方 Ｎ Ｓ的
Ａ ｓ ａ ｔ ｏ ｅ ａ ｐｏ ｃ ｏ ｒｄｃｉ ｏ ｔ ｌｏ ｎ Ｎ Ｓ （ ｅ ｏｋ ｄ ｃｎｒｌｓｓ ｍ） ｗ ｓ ｂ ｔ ｃ ：Ａ ｎ ｖｌ ｐ ｒａｈ ｆ ｐｅｉｔ ｅ ｃｎｒ ｆａ Ｃ ｒ ｒ ｖ ｏ ｎｔ ｒｅ ｏ ｔ ｙｔ ｗ ｏ ｅ ａ
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网络控制系统中时延分析与预测研究
网络控制系统中时延分析与预测研究摘要本文用VC编写测试程序对TCP跟UDP网络延进行了测试,给出了对时延进行在线计算和预测的方法,同时对实验结果统计图进行了分析,对网络时延进行了研究,并讨论了将网络引入控制系统中可能带来的特殊问题。
关键词网络控制系统;网络时延测试;NCS;TCP协议;UDP协议NCS的发展更进一步体现了网络在控制中的广泛应用。
网络的应用为控制系统带来好处的同时,也带来了很多新的问题,因为连接到通信介质上的每个设备都是一个信息源,并且通信介质是分时复用的,待发信息只有等到网络空闲时才能发送出去,这就导致传输时延的产生。
本文将对Ethernet局域网和Internet的通信时延的测量方法,时延特点等进行分析和讨论。
1 网络时延计算模型网络时延的计算想要得到一个数据包从一个主机到另一个主机的传输时间,在现场总线和局域网环境下,可以用时钟同步方法使得每一个节点时间同步,所以可以用如下方法得到节点A到节点B的网络时延: Tab=T2-T1,为发送时刻,由发送端标识,然而对于大范围的分布式网络(如同步,不能用以上方法计算网络时延Time)的概念。
t2-tl t:为接收时刻,由接收端标识Internet由于异地的系统时钟很难精确,引入了往返时间RTT, RTT是一个包从一个主机传到另一个主机往返传递所花的时间,近似的单程时延T=RTT/2,因此,用往返时间RTT代替时间延迟进行网络时延的分析,每次测量的往返时间可得到4个时间标签:t1为发送时刻;t2为接收时刻;t3为返回时刻;t4为返回到达发送节点时刻,其中,t1 、t4 由发送端标识,t2、t3 由接收端标识,则有RTT = (t4-t1)-(t3-t2);t3-t2是接收端的处理时间,由于处理时间远远小于传输时间,因此,可以认为t3-t2=0,故RTT=t4-t1,所以只需获得发送节点的两个时间标签,即可得到往返时延的值。
2 网络时延测试网络时延测试按照其承载的协议可以分为如下3类:1)利用ICMP协议实现。
网络控制系统的时延补偿与调度方法的研究
并在此基础上对模型和控制策略进行了 仿真试验。
关键词：网络控制系统，网络时延， 模糊逻辑补偿，调度，实时仿真
硕士学位论文
ＲＥ Ｅ Ｓ ＡＲＣＨ Ｔ Ｍ Ｅ ＤＥ Ａ Ｃ ＯＮ Ｉ － Ｌ Ｙ ＯＭＰ ＮＳ Ｔ ＯＮ Ｅ Ａ Ｉ ＡＮＤ ＣＨＥ Ｓ ＤＵＬ ＮＧ ＥＴＨＯＤＳ Ｉ Ｍ
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改进Smith预估时延补偿的模糊网络控制系统研究
改进Smith预估时延补偿的模糊网络控制系统研究
在目前的网络通信系统中，时延补偿是一个非常重要的问题。
在实际的网络传输过程中，由于网络拥塞、路由选择等原因，会产生一定的传输时延，这会对网络应用的性能产生不良影响。
研究如何准确估计和补偿网络传输时延，对于提高网络通信质量具有重要意义。
Smith预估时延补偿的模糊网络控制系统是一种应用模糊控制理论来估计和补偿网络传输时延的方法。
该方法主要包括以下几个步骤：网络时延建模、模糊控制器设计和实时补偿。
需要对网络传输时延进行建模。
常见的建模方法有统计建模和系统辨识建模。
统计建模根据历史数据对网络时延进行统计分析，得到传输时延的概率分布函数。
而系统辨识建模则通过实时采集网络时延数据，基于系统辨识理论对传输时延模型进行建立。
根据实际需求选择合适的建模方法，并建立相应的网络时延模型。
接下来，需要设计模糊控制器来估计和补偿网络传输时延。
模糊控制器是一种基于规则的控制方法，它根据一组输入和输出的模糊规则来实现控制目标。
在网络传输时延补偿中，模糊控制器的输入可以包括网络拥塞程度、网络负载、传输距离等信息，输出是传输时延的补偿值。
通过合理设计模糊控制器的输入和输出规则，可以实现对网络传输时延的准确估计和及时补偿。
需要实时监测网络传输时延，并实时进行补偿。
为了实现实时性，可以利用嵌入式系统或分布式系统等技术，将模糊控制器部署在网络节点或传输设备上。
通过监测网络传输时延的变化情况，并根据模糊控制器的输出进行补偿，可以实时提高网络通信质量。
网络控制系统的时延补偿与控制器设计的开题报告
网络控制系统的时延补偿与控制器设计的开题报告一、选题背景网络控制系统 (Networked Control System, NCS) 在工业自动化中得到了广泛应用，它通过传输控制系统的信号和信息，将控制器、执行器和被控对象之间的物理连接转变为逻辑连接，从而实现远程监控和自动控制。
然而，NCS 会受到网络通信时延的影响，导致控制系统性能受损，甚至系统不稳定。
因此，对网络控制系统时延问题的探究和解决，对于提高控制系统的性能和可靠性具有重要的意义。
二、选题内容本文将主要研究网络控制系统的时延问题，并在此基础上设计相应的控制器。
具体内容包括：1.网络控制系统时延的来源及其特点：分析 NCS 的特点和网络通信的原理，归纳出系统时延的主要来源及其特点。
2.时延补偿算法的研究：对常用的时延补偿算法，如状态反馈、输出反馈和预测控制等进行研究，探究其优缺点及适用范围。
3.网络控制系统的控制器设计：根据系统时延的特性，设计适用于NCS 的控制器，包括基于状态反馈的控制器、基于输出反馈的控制器和基于预测控制的控制器等。
4.仿真验证和实验分析：通过仿真和实验的方法，验证不同控制器的性能和稳定性，分析不同时延补偿算法和控制器的适用性和优劣。
三、研究意义网络控制系统作为一种新型控制系统技术，其应用前景广阔，对于提高生产效率和降低生产成本具有重要意义。
然而，网络通信时延问题一直是制约 NCS 发展的瓶颈，所以解决 NCS 的时延问题具有重要的实际意义。
本文将研究 NCS 的时延问题，并设计相应的控制器，能够提高NCS 的控制性能和系统稳定性，对于推动 NCS 技术的发展具有积极的作用。
四、研究方法本文将采用文献研究和仿真实验相结合的方法，具体研究步骤如下：1.收集文献，梳理时延补偿算法的基本原理和控制器设计的思路。
2.建立 NCS 的数学模型，仿真验证不同时延补偿算法和控制器的性能和稳定性。
3.在仿真结果的基础上，设计实验方案，对所设计的控制器在实际系统中进行验证。
网络化控制系统通信时延与丢包的分析和补偿
网络化控制系统通信时延与丢包的分析和补偿随着信息技术的进步，网络化控制系统正在广泛应用于各个领域，如工业自动化、智能交通、智能家居等。
然而，网络化控制系统面临着通信时延和丢包等问题，这对系统的实时性和可靠性提出了挑战。
因此，对网络化控制系统中通信时延与丢包进行深入分析并进行相应的补偿是非常必要的。
首先，我们来分析网络化控制系统中通信时延的影响。
通信时延指的是从发送控制信号到接收控制信号所需要的时间。
在网络化控制系统中，控制信号需要通过网络传输，而网络的带宽、传输速度以及网络拥塞等因素都会导致通信时延的增加。
通信时延的增加会导致控制信号无法及时到达执行器，从而影响系统的实时性和稳定性。
其次，我们来分析网络化控制系统中丢包问题的影响。
丢包是指在网络传输过程中，控制信号的某些数据包丢失。
丢包问题主要由于网络拥塞、信号干扰、传输错误等原因引起。
当控制信号的数据包丢失时，执行器无法正确接收到控制指令，从而导致系统无法正常工作。
丢包问题会严重影响系统的可靠性和精确性。
针对通信时延和丢包问题，我们可以采取一些补偿措施来提高网络化控制系统的实时性和可靠性。
首先，可以使用预测控制算法来预测通信时延，并在控制信号中加入补偿项，从而实现对通信时延的补偿。
其次，可以采用冗余传输和前向纠错等技术来解决丢包问题。
冗余传输即发送多份相同的控制信号，当某个数据包丢失时，执行器可以根据其他数据包进行恢复。
前向纠错则是在发送的数据包中添加冗余信息，接收器可以根据这些冗余信息进行错误纠正。
综上所述，网络化控制系统中的通信时延和丢包问题对系统的实时性和可靠性产生了影响。
针对这些问题，我们可以通过预测控制算法、冗余传输和前向纠错等技术进行补偿，从而提高网络化控制系统的性能。
未来，我们还可以进一步研究和改进这些补偿方法，以满足不同应用场景对网络化控制系统的要求。
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网络控制系统的时延估算及补偿
摘要：在网络控制系统中，由于带宽等原因，各个节点在交换数据和通信时会出现时延，导致系统性能下降甚至不稳定。
通过时延预估的方法，运用时间戳法估算出时延，将时间戳法和Smith预估补偿控制相结合。
通过仿真可观察到比较稳定的输出响应。
关键词：网络时延；时间戳法；预估补偿；Smith预估器
在网络控制系统中，传感器、控制器和执行器通过网络交换数据时，由于带宽和数据流量变化不规则等原因，会出现网络拥塞等现象，导致节点与节点间的信息交换出现时间延迟。
这种由于网络介入而使控制系统的信息传输产生的时延，称为网络时延。
网络时延的产生使得系统控制品质降低，甚至导致系统的不稳定。
网络时延由几个部分组成[1]：(1)传感器节点采集数据以及处理数据所需要的时间。
(2)传感器节点竞争发送权等待的时间和传感器数据在网络中的传输时间。
(3)控制器节点计算控制量、处理数据所需要的时间。
(4)控制器节点竞争发送权等待的时间和控制量在网络中的传输时间。
(5)执行器节点处理数据所需要的时间。
通常，为研究方便，将设备时延和通信时延合并考虑，即传感器到控制器时延τksc和控制器到执行器时延τkca。
则网络控制系统的时延为τk=τksc+τkca。
1 时延的计算方法网络控制系统由于时延的存在，会给系统的稳定性带来影响。
预估控制可以对网络系统的时延进行预先计算，然后对下一步控制做出修正以补偿时延所带来的影响。
假设传感器采用时间驱动，控制器与执行器采用事件驱动。
则G(s)为不包含纯滞后的被控对象的传递函数，C(s)为控制器，D(s)为干扰信号。
系统传递函数为：有多种方法可估算出τksc和τkca值，例如往返时延动态估计法、平均窗口法[2]、均值法等。
本文采用时间戳法对时延进行估计[3]。
所谓时间戳法就是将数据产生的时间和数据一起发送出去。
在网络间传输的数据包中既有数据信息，也有时间信息。
在网络控制系统中，传感器把测量值及其时间放在一个数据包中，使得控制器在收到测量值的同时也得到了时间戳，并将该时戳值与本地时钟比较，很容易计算出时延值。
2 时延补偿由于时延会给系统的稳定性和控制指标带来一系列影响，可以使用预估控制算法对系统进行修正，补偿时延带来的影响。
比较流行的算法有预估模型算法控制、广义预测控制[6]、内模控制[7]等。
本文运用Smith补偿算法，将Smith预估器加入网络控制系统中[8]。
从仿真图中看出，在网络环境下加入史密斯预估器，对时延进行补偿，无论系统里是否有随机干扰，都可使输出响应较为稳定。
在网络控制系统中，时延的存在会降低控制的品质，甚至会使系统瘫痪。
本文将时间戳法和Smith预估补偿法结合起来，运用时间戳法来估算时延。
通过仿真，得到的响应较为稳定。
由此，只要采用适合的网络时延动态补偿器，并对网络进行补偿，网络控制系统是可以实现稳定的。