《基於預測控制的廣域無線網路不確定性控制系統的研究》是依託武漢大學，由胡文山擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於預測控制的廣域無線網路不確定性控制系統的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡文山
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
同有線網路控制系統相比，廣域無線網路省去了布線的限制，不但大大節省了成本，並且適合大範圍移動控制系統的要求。然而由於無線廣域網通訊距離長，因此同有線系統相比，有著更大的網路不確定性，主要表現在更大的時延和更嚴重的丟包率上。在以往的網路控制理論的研究中，對於廣域無線網路控制系統的文獻較少。本項目在以往網路控制系統理論的研究基礎之上，分析廣域無線網路網路不確定性的特點，建立其機率數學模型；基於預測控制的理論，預測被控對象在網路延時期間的輸入輸出，提前傳送控制信號到執行機構，從而主動補償無線廣域網路的強不確定性對控制系統的不利影響。網路控制器進行控制計算的同時，還對數學模型進行線上更新，被控對象端也根據系統的真實輸出進行對控制量進行簡單的補償，從而以保證預測的準確性，提高控制品質。所提出的算法將被實施到若干實際控制平台上，用實驗結果驗證其有效性，為廣域無線網路控制系統在工程中的套用奠定理論基礎。
結題摘要
本項目研究了長距離無線網路控制系統的控制算法問題。相對於有線網路來說，無線網路特別是類似於GRPS的長距離無線網路總是給控制系統帶來更大的網路不確定性，通常表現在更嚴重的丟包和更長的隨機延時上。因為模型不確定性，長時間的基於模型的預測必然會帶來較大的預測誤差，因此使用普通的網路預測控制，可能無法有效補償這么長的隨機延時。預測誤差的存在，必然會對控制系統的性能帶來極其不利的影響，在一些情況下甚至會導致系統不穩定。為了解決這個問題，本項目提出了新的帶有預測誤差補償的網路預測控制算法，使用這種新的算法，就的預測誤差用來校正新的預測，因此可以獲得相對於傳統網路預測控制更準確的預測結構。為了驗證這種新的算法，建設了一個基於GPRS無線網路的網路化風扇控制實驗台，並且將新的算法套用到這個實驗台的網路控制上。仿真和實驗結果均表明，同沒有預測誤差補償的網路預測算法相比，新算法可以在廣域無線網路環境下獲得更好的控制品質。新算法的套用還被擴展到多輸入多輸出(MIMO)系統，本項目研究了帶有靜態解耦的MIMO系統和矩陣分式描述的MIMO系統兩種情況，仿真實驗結構證明，對於這兩種情況，新的算法都可以有效地提高系統的控制品質。基於本項目積累的經驗和技術，作為網路控制系統的一個工程套用，項目組還建設了一個基於網際網路的網路化虛擬現實遠程控制實驗室。在這個基於Web的遠程實驗室里，所有的控制實驗台都以三維的方式建模，並且將遠程的實驗場景以虛擬現實的方式復現在用戶的Web界面中。三維模型與遠程的實驗設備通過網路數據鏈聯動起來，用戶可以通過觀察和操縱這些三維模型，遠程進行控制實驗。建設的遠程實驗室已經成功套用於武漢大學自動化系的本科教學中，學生可以在家中或者寢室中選擇任意時間遠程操縱實驗室中的實驗設備，因此實驗設備的使用效率得到了大大提高。
