一种网络控制系统及其控制方法技术方案

本申请公开了一种网络控制系统及其控制方法、装置及可读存储介质，方案包括：建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型；将前馈通道和反馈通道的丢包事件描述为由两个开关的切换过程所导致的丢包事件，以将离散时间模型转换为开关切换模型；根据开关切换模型，确定使闭环指数稳定的充分条件；根据充分条件，确定给定网络控制系统的状态反馈控制律，以对该网络控制系统进行控制。可见，该方案对双通道上同时存在短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统进行建模，通过将丢包事件描述为开关切换过程导致的丢包事件来转换模型并确定系统稳定条件，最终根据该条件对网络控制系统进行控制，有效提升了网络控制系统的性能。

A network control system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种网络控制系统及其控制方法
本申请涉及通信领域，特别涉及一种网络控制系统及其控制方法、装置及可读存储介质。
技术介绍
网络控制系统(Networkedcontrolsystems，NCS)是指控制系统的各部件通过通信网络连接构成的实时闭环控制系统。网络控制系统突破了传统控制系统在空间物理位置上的限制，具有系统连线少、资源信息共享、易诊断维护、灵活可靠等诸多优势，故被广泛应用于远程医疗、智能交通、航空航天、国防军事等诸多领域。然而，网络控制系统在给生产生活带来极大便利的同时，也因不可靠的网络传输方式导致其存在诸多难题和挑战，例如网络诱导时延、数据包丢失、扰动等，导致网络控制系统不稳定甚至是性能下降。目前，针对网络控制系统稳定性和控制器设计的讨论过于理想化。实际应用场景中，时延往往是随机的，且随机时变时延和丢包往往同时存在于双通道上，此外还会存在扰动，如何在这种情下，实现网络控制系统的建模和控制器设计，以保证网络控制系统的稳定性，是亟待本领域技术人员解决的问题。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种网络控制系统及其控制方法、装置及可读存储介质，用以解决传统网络控制器的建模和控制器设计方案中考虑的条件过于理想化，导致传统方案下网络控制系统性能较差的问题。其具体方案如下：第一方面，本申请提供了一种网络控制系统的控制方法，包括：建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型；将前馈通道和反馈通道的丢包事件，分别描述为设置于所述前馈通道的第一开关和设置于所述反馈通道的第二开关的丢包事件，以将所述离散时间模型转换为开关切换模型；其中，所述前馈通道为所述网络控制系统中状态反馈控制器与执行器之间的通道，所述反馈通道为所述状态反馈控制器与传感器之间的通道；根据所述开关切换模型，确定使所述网络控制系统的闭环指数稳定的充分条件；根据所述充分条件，确定给定网络控制系统的状态反馈控制律，以对该网络控制系统进行控制。优选的，所述建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型，包括：建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型，所述离散时间模型为：其中，k表示周期数；xk、uk、zk分别表示所述离散时间模型在第k个周期时的系统状态、控制输入、被调输出；xk+1表示第k+1个周期时的系统状态，uk-1表示第k-1个周期的控制输入；wk、vk表示第k个周期时的噪声干扰信号，且二者均属于L2[0,∞)；τk表示第k周期时的时变网络诱导时延，且τk满足其中τca表示所述前馈通道的短随机时延，τsc表示所述反馈通道的短随机时延；A0、B0、D、E0、E1、R、C、D1均表示所述离散时间模的常数矩阵；F(τk)表示含不确定性的系数矩阵。优选的，所述将所述离散时间模型转换为开关切换模型，包括：将所述离散时间模型转换为开关切换模型，所述开关切换模型为：其中，i＝{1,2,3,4}，分别对应所述第一开关和所述第二开关的四种丢包事件；Φi用于描述第i种丢包事件发生的概率；k表示周期数；zk分别表示所述开关切换模型的系统状态和被调输出；wk、vk表示第k个周期时的输入噪声干扰信号和输出噪声干扰信号，且二者均属于L2[0,∞)；表示所述开关切换模型在第k+1周期时的系统状态，D1分别表示所述开关切换模型的常数矩阵。优选的，所述前馈通道和所述反馈通道的随机时延之和小于单个采样周期。优选的，所述根据所述充分条件，确定给定网络控制系统的状态反馈控制律，包括：根据所述充分条件，确定应用于物联网考勤机的无线传输控制系统的状态反馈控制律。第二方面，本实施例提供了一种网络控制系统的控制装置，包括：模型建立模块：用于建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型；模型转换模块：用于将前馈通道和反馈通道的丢包事件，分别描述为设置于所述前馈通道的第一开关和设置于所述反馈通道的第二开关的丢包事件，以将所述离散时间模型转换为开关切换模型；其中，所述前馈通道为所述网络控制系统中状态反馈控制器与执行器之间的通道，所述反馈通道为所述状态反馈控制器与传感器之间的通道；条件确定模块：用于根据所述开关切换模型，确定使所述网络控制系统的闭环指数稳定的充分条件；控制模块：用于根据所述充分条件，确定给定网络控制系统的状态反馈控制律，以对该网络控制系统进行控制。第三方面，本申请提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上所述的一种网络控制系统的控制方法的步骤。第四方面，本申请提供了一种网络控制系统，包括：状态反馈控制器、执行器、传感器、被控对象；其中，所述状态反馈控制器用于根据如上所述的一种网络控制系统的控制方法确定状态反馈控制律，以控制自身所在的网络控制系统。优选的，所述状态反馈控制器和所述执行器以事件驱动方式运行，所述传感器以时间驱动方式运行。优选的，所述被控对象为物联网考勤机。本申请所提供的一种网络控制系统及其控制方法、装置及可读存储介质，方案包括：建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型；将前馈通道和反馈通道的丢包事件，分别描述为设置于前馈通道的第一开关和设置于反馈通道的第二开关的丢包事件，以将离散时间模型转换为开关切换模型；根据开关切换模型，确定使网络控制系统的闭环指数稳定的充分条件；根据充分条件，确定给定网络控制系统的状态反馈控制律，以对该网络控制系统进行控制。可见，该方案针对实际应用场景，对前馈通道和反馈通道上同时存在短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统进行建模，为了求得使该系统稳定的充分条件，将双通道上的丢包事件描述为两个开关的切换事件，并根据求得的充分条件对网络控制系统进行控制，更具现实意义，有效保证了系统的稳定性，提升了网络控制系统的性能。附图说明为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请所提供的一种网络控制系统的控制方法实施例一的实现流程图；图2为本申请所提供的含丢包及短随机时延的网络控制系统的模型示意图；图3为本申请所提供的一种网络控制系统的控制方法实施例二的实现流程图；图4为本申请所提供的应用于物联网考勤机的含丢包及短随机时延的网络控制系统的模型示意图；图5为本申请所提供的网络诱导短随机时延示意图；图6为本申请所提供的改进之前的考勤机系统的状态响应示意图；图7为本申请所提供的改进之后的考勤机系统的状态响应示意图；图8为本申请所提供的一种网络控制系统的控制装置实施例的功能框图。具体实施方式本申请的核心是提供一种网络控制系统及其控制方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络控制系统的控制方法，其特征在于，包括：/n建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型；/n将前馈通道和反馈通道的丢包事件，分别描述为设置于所述前馈通道的第一开关和设置于所述反馈通道的第二开关的丢包事件，以将所述离散时间模型转换为开关切换模型；其中，所述前馈通道为所述网络控制系统中状态反馈控制器与执行器之间的通道，所述反馈通道为所述状态反馈控制器与传感器之间的通道；/n根据所述开关切换模型，确定使所述网络控制系统的闭环指数稳定的充分条件；/n根据所述充分条件，确定给定网络控制系统的状态反馈控制律，以对该网络控制系统进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种网络控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型；
将前馈通道和反馈通道的丢包事件，分别描述为设置于所述前馈通道的第一开关和设置于所述反馈通道的第二开关的丢包事件，以将所述离散时间模型转换为开关切换模型；其中，所述前馈通道为所述网络控制系统中状态反馈控制器与执行器之间的通道，所述反馈通道为所述状态反馈控制器与传感器之间的通道；
根据所述开关切换模型，确定使所述网络控制系统的闭环指数稳定的充分条件；
根据所述充分条件，确定给定网络控制系统的状态反馈控制律，以对该网络控制系统进行控制。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型，包括：
建立含短随机时延、丢包和扰动的网络控制系统的离散时间模型，所述离散时间模型为：



其中，k表示周期数；xk、uk、zk分别表示所述离散时间模型在第k个周期时的系统状态、控制输入、被调输出；xk+1表示第k+1个周期时的系统状态，uk-1表示第k-1个周期的控制输入；wk、vk表示第k个周期时的输入噪声干扰信号和输出噪声干扰信号，且二者均属于L2[0,∞)；τk表示第k周期时的时变网络诱导时延，且τk满足其中τca表示所述前馈通道的短随机时延，τsc表示所述反馈通道的短随机时延；A0、B0、D、E0、E1、R、C、D1均表示所述离散时间模型的常数矩阵；F(τk)表示含不确定性的系数矩阵。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述离散时间模型转换为开关切换模型，包括：
将所述离散时间模型转换为开关切换模型，所述开关切换模型为：



其中，i＝{1,2,3,4}，分别对应所述第一开关和所述第二开关的四种丢包事件；Φi用于描述第i种丢包事件发生的概率；k表示周期数；zk分别表示所述开关切换模型的系统状态和被调输出；wk、vk表示第k个周期时的输入噪声干扰信号和输出噪声干扰信号，且二者均...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕燕，
申请(专利权)人：浙江诺诺网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33