【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展,以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control System,NCS)已經(jīng)成為國內(nèi)外控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)連接的控制系統(tǒng)相比,NCS具有網(wǎng)絡(luò)化、集成化、節(jié)點(diǎn)智能化等優(yōu)點(diǎn),然而由于網(wǎng)絡(luò)的引入,不可避免地產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、數(shù)據(jù)包丟失等問題,給控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。壓縮感知(Compressed Sensing,CS)作為一種新穎的信號(hào)處理方法,在很多領(lǐng)域中被廣泛使用,其能夠利用少量的測量信息對原始信號(hào)進(jìn)行重建的特點(diǎn),很適合處理NCS中出現(xiàn)的一些問題,但目前CS在NCS領(lǐng)域的應(yīng)用研究比較少。因此,本文使用了基于CS的方法來解決NCS中的問題,工作內(nèi)容如下:首先,針對單輸出NCS中的數(shù)據(jù)包丟失,采用了基于CS的補(bǔ)償方法對丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。針對單個(gè)時(shí)刻的補(bǔ)償方法,每次只使用當(dāng)前時(shí)刻前的N個(gè)輸出數(shù)據(jù)作為過完備字典中的歷史觀測值,通過稀疏表示得到了當(dāng)前丟失的數(shù)據(jù)包的補(bǔ)償值;針對多個(gè)時(shí)刻的補(bǔ)償方法,為了減小預(yù)測值的誤差,在目標(biāo)函數(shù)中加入正則項(xiàng)進(jìn)行修正,通過迭代軟閾值算法(Iterative Soft Thresholding,IST)進(jìn)行求解,得到了連續(xù)P個(gè)時(shí)刻的預(yù)測值。其次,針對多輸出NCS中的數(shù)據(jù)包丟失,采用了基于CS的補(bǔ)償方法對丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。針對單信道傳輸?shù)南到y(tǒng),構(gòu)建合適的滑動(dòng)窗口,使得解碼端和編碼端的測量矩陣始終保持一致,通過CS算法對丟失的數(shù)據(jù)包進(jìn)行了實(shí)時(shí)補(bǔ)償;針對多信道傳輸?shù)南到y(tǒng),考慮介質(zhì)訪問受限問題,在保證系統(tǒng)能控能觀的基礎(chǔ)上得到調(diào)度的通信序列,同時(shí)保持原始的控制器不變,在目標(biāo)函數(shù)上增加正則項(xiàng),通過IST算法進(jìn)行求解,得到了控制器的補(bǔ)償?shù)妮斎胫�。然�?針對NCS中的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延,提出了改進(jìn)的廣義預(yù)測控制算法(Generalized Predictive Control,GPC)對時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償,同時(shí)減小了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。通過分析不同范數(shù)在二維空間下解的幾何意義,將傳統(tǒng)GPC算法的l2優(yōu)化問題變?yōu)榇龠M(jìn)稀疏的l1/l2優(yōu)化問題,同時(shí)對l1/l2優(yōu)化中的控制增量進(jìn)行稀疏表示,使得改進(jìn)后的GPC算法生成稀疏的控制增量且非零元素的值比較小;通過李雅普諾夫定理得到了閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的條件。本文使用MATLAB和近似網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的TrueTime工具箱對一些實(shí)例進(jìn)行了數(shù)值仿真,驗(yàn)證了本文所提出的方法的有效性。最后對全文的工作進(jìn)行了總結(jié),并對需要進(jìn)一步研究的工作進(jìn)行了展望。
【圖文】：

效的處理方法，減小這些問題對系統(tǒng)造成的影響。逡逑１．２網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本問題逡逑ＮＣＳ的基本結(jié)構(gòu)如圖１－１所示，其中傳感器、控制器和執(zhí)行器通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逡逑連接，傳感器采樣被控對象信息，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制器，控制器在接收到傳逡逑感器數(shù)據(jù)后計(jì)算控制量，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給執(zhí)行器，網(wǎng)絡(luò)作為連接的橋梁，使得逡逑ＮＣＳ中的各種信息通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，從而構(gòu)成了反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，但另一方逡逑面由于網(wǎng)絡(luò)的引入，在控制系統(tǒng)中不可避免地產(chǎn)生了新的問題。ＮＣＳ中的一些基逡逑本問題簡述如下：逡逑１逡逑

這兩種問題進(jìn)行了處理，解決了現(xiàn)有研宄方法的局限性。逡逑１．４本文的主要工作及章節(jié)安排逡逑針對本文的主要內(nèi)容，，論文的總體框架如圖１－２所示：逡逑第一章為緒論。對ＮＣＳ的研究背景和意義進(jìn)行了介紹，對ＮＣＳ中出現(xiàn)的一些逡逑基本問題進(jìn)行了說明，介紹了數(shù)據(jù)包丟失、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延和介質(zhì)訪問受限問題的逡逑研宄現(xiàn)狀，同時(shí)也對壓縮感知在控制系統(tǒng)的研宄現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。逡逑第二章為壓縮感知的基礎(chǔ)理論概述。簡要闡述了邋ＣＳ的稀疏表示、測量矩陣和逡逑重建算法三個(gè)方面，為后續(xù)章節(jié)算法的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。逡逑第三章研宄了單輸出ＮＣＳ下的數(shù)據(jù)包丟失處理問題，采用了基于ＣＳ的補(bǔ)償逡逑方法對丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。首先針對單個(gè)時(shí)刻的補(bǔ)償方法，考慮算法的計(jì)算時(shí)逡逑間，每次只使用當(dāng)前時(shí)刻前的＃個(gè)數(shù)據(jù)來組成過完備字典，通過稀疏表示得到當(dāng)逡逑前丟失的數(shù)據(jù)包的預(yù)測值
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 葉劍春;張劍;;廣義預(yù)測與遞推最小二乘法相結(jié)合的預(yù)測控制[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2015年08期

2 田中大;高憲文;李琨;;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)預(yù)測控制[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

3 郭亞鋒;李少遠(yuǎn);;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H_∞狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)[J];控制理論與應(yīng)用;2008年03期

4 于之訓(xùn),陳輝堂,王月娟;時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定的研究[J];控制與決策;2000年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 付偉;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)長時(shí)延和丟包的主動(dòng)補(bǔ)償控制方法研究[D];重慶大學(xué);2017年

2 王麗媛;具有信道受限和通信能量約束的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)[D];大連理工大學(xué);2016年

3 祝超群;信道受限的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)最優(yōu)控制與調(diào)度[D];大連海事大學(xué);2013年

4 宋洪波;網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的介質(zhì)訪問受限問題研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

5 邱占芝;廣義網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析、建模與控制[D];東北大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 馮念慈;基于先驗(yàn)信息的稀疏信號(hào)重構(gòu)理論與算法研究[D];西南大學(xué);2018年

2 王松;基于壓縮感知與循環(huán)譜的多頻帶信號(hào)參數(shù)估計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 鄭鳳;具有不確定時(shí)延和丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制問題研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

4 張超;基于廣義預(yù)測控制算法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)延補(bǔ)償研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2017年

5 趙穎清;具有通信受限和丟包的Delta算子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測研究[D];鄭州大學(xué);2017年

6 丁博辰;基于壓縮感知的模擬信息轉(zhuǎn)換器采樣分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 羅永平;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)延預(yù)測與補(bǔ)償控制研究[D];鄭州大學(xué);2014年

8 田仕軍;廣義預(yù)測控制性能改進(jìn)的研究[D];浙江理工大學(xué);2012年

9 凌翔;通信信道受限的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)最優(yōu)控制算法及性能研究[D];中南大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2664940