Abstract

In this paper, a novel methodology is proposed to improve performance of the Networked Control System (NCS) in the face of random time-delays, using Model Predictive Controller (MPC) approach. For this purpose, a new state-feedback MPC structure is developed to cope with random network time-delays when the system is subjected to uncertainties with state and control constraints. The main idea is to reduce the disturbing effect of random network time-delays on regulatory performance of the NCS using a new robust formulation in MPC design. A terminal penalty constraint has been added to the finite horizon objective function to guarantee the stability of the system stability. Finally, applicability of the presented method is evaluated in a real pilot plant within a NCS configuration, being realized by an industrial Ethernet and Foundation Fieldbus technology. It is demonstrated that the proposed online methodology is effective to provide a better performance, having faster response, smaller overshoot and stronger robustness compared to the conventional MPC method with less aggressive control actions

چکیده

در این مقاله، یک روش برای بهبود عملکرد سیستم کنترل شبکه ­ای (NCS) در مواجهه با تاخیرهای زمانی تصادفی با استفاده از رویکرد کنترل پیشگویانه مدل (MPC) پیشنهاد می­ گردد. برای این منظور، یک ساختار جدید MPC فیدبک حالت برای مقابله با تاخیرهای زمانی تصادفی شبکه در هنگامی که سیستم در معرض عدم قطعیت با محدودیت­ های حالت و کنترل است، توسعه داده می­ شود. ایده اصلی، کاهش اثر ناخوشایند تاخیر زمانی تصادفی شبکه بر روی عملکرد تنظیمی NCS با استفاده از فرمولاسیون قوی جدید در طراحی MPC است. به منظور تضمین پایداری سیستم، محدودیت جریمه ترمینال به تابع هدف افق کراندار اضافه شده است. در نهایت، کاربردپذیری روش پیشنهادی در یک واحد آزمایشگاهی صنعتی در یک پیکربندی NCS ارزیابی می ­شود، که توسط یک تکنولوژی صنعتی اترنت و فیلدباس پایه تحقق می­ یابد. نشان داده می­ شود که روش آنلاین پیشنهادی، عملکرد بهتری ارائه می ­دهد و دارای پاسخ سریعتر، فرا جهش ­های کوچکتر و قدرت قویتری نسبت به روش MPC معمولی با اقدامات کنترل تهاجمی کمتر می ­باشد.

1-مقدمه

یک سیستم کنترل شبکه، برای ارتباطات در میان اجزای سیستم توزیع شده ­ی مکانی، مانند سنسورها، تریستورها و کنترل کننده ­ها استفاده می­ شود. هزینه کم، کاهش وزن و نیاز کمتر به انرژی، انعطاف پذیری و سهولت نگهداری، برخی از مزایای NCS است که برای بیشتر کاربردهای صنعتی مفید می­ باشد. با این حال، محدودیت پهنای باند ارتباطی شبکه، محدودیت­ های مهمی بر روی عملکرد NCS از خود نشان می ­دهد، باعث تولید تاخیرهای زمانی شبکه و حذف داده­ ها و منجر به ناپایداری سیستم کنترل حلقه بسته می­ شود [1]...