网络化倒立摆系统的性能分析(2)
4.4 存在输入扰动时的系统响应 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献23
1 绪论
1.1 倒立摆系统概述
1.1.1 倒立摆系统研究在国内外的发展情况
1.1.2 倒立摆系统控制方法的研究现状
1.2 网络控制系统概述
近年来，随着控制系统理论的不断发展以及 Internet 的不断延伸，控制技术得到了进一步应用与推广，网络环境下的控制问题由此应运而生。
网络控制系统一般可以从两个角度来理解，一是对网络的控制；二是通过网络传输信息的控制系统。这两种理解都与网络和控制息息相关，但侧重点各不相同，二者相互关联相互促进。前者是对网络本身的控制，此种控制基于网络技术和计算机技术，可以通过运筹学以及控制理论的手段实现；而后者是指控制系统的各节点之间的数据通过网络传输的控制系统，是分布式控制系统的一种[9]。
因为网络在反馈回路中的介入，引发了很多传统控制系统没有遇到过的问题，而当考虑把传统控制系统中已有的非常成熟的分析和设计方法运用到网络控制系统中时，也必须重新评估其有效性和实用性[9]。
网络控制系统的体系结构图如图1.1所示。
图1.1 网络控制系统的体系结构图
节点的工作方式可分为时间驱动和事件驱动两种。时间驱动指的是节点在采样时钟的作用下定时采样信号；事件驱动则是指当信号到达节点时，节点就立刻被激活，进行数据的处理和发送，即“信号到达”这个事件“驱动”节点执行相应动作[9]。
网络时延的产生因素是多方面的，由图1.1可知，可归纳为传感器到控制器的传输延迟τ_sc和控制器到执行器的传输延迟τ_ca两部分。本文研究了传感器检测数据用网络传输过程产生时延对系统产生的影响。
1.3 本文的主要内容
本文主要分为四个部分：第一部分介绍了倒立摆系统国内外发展情况、倒立摆系统控制方法的研究现状，还介绍了网络控制系统结构，简要叙述了控制系统引入网络后对系统产生的影响；第二部分使用Newton力学方法对倒立摆系统进行了数学建模，得到了一级倒立摆系统的状态空间方程，同时介绍了倒立摆实验系统的相关组成；第三部分阐述了PID控制的基本原理；第四部分对倒立摆系统PID控制进行了性能分析，并分别对反馈环节有时延和系统受到白噪声扰动的情况进行了仿真分析，最后得出结论。