基于Simulink的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化控制仿真實(shí)現(xiàn)

反饋通道延時(shí)補(bǔ)償

在反饋通道加入帶有接收緩存的預(yù)測(cè)器，緩存區(qū)存放輸入輸出歷史數(shù)據(jù)和相應(yīng)時(shí)間戳信息。傳感器在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成對(duì)被控對(duì)象的輸出采樣，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送采樣值，控制信號(hào)以及時(shí)間戳信息。預(yù)測(cè)器在采樣周期內(nèi)，如果沒(méi)有收到傳感器從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的相應(yīng)時(shí)刻的采樣信號(hào)，將利用緩存區(qū)數(shù)據(jù)估算采樣信號(hào)以供控制器進(jìn)行控制信號(hào)計(jì)算。

預(yù)測(cè)器采用受控自回歸模型ARX對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)，其模型原型為：

對(duì)于模型參數(shù)（10）的求解，可在Simulink下根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的延時(shí)分布特性，選取符合延時(shí)分布規(guī)律的隨機(jī)信號(hào)模塊模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在前向和反饋通道上通過(guò)TCP/IP模塊實(shí)現(xiàn)控制器到執(zhí)行器，傳感器到控制器的連接，組成閉合網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)仿真框圖，進(jìn)行離線仿真，收集一系列輸入輸出數(shù)據(jù)，利用漸消記憶的遞推最小二乘（13）-（15）求出。

仿真實(shí)例

本節(jié)以一直流無(wú)刷電機(jī)為例，驗(yàn)證使用本仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制實(shí)驗(yàn)的有效性。通過(guò)頻率響應(yīng)法進(jìn)行電機(jī)模型開(kāi)環(huán)辨識(shí)，得到被控對(duì)象的CARIMA 模型為：

其中y 表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，u 表示控制電壓。

使用Simulink 進(jìn)行離線仿真，網(wǎng)絡(luò)間延時(shí)用均勻分布的延時(shí)模塊模擬，求得ARX 模型為：

控制算法采用控制時(shí)域步長(zhǎng)為7 的廣義預(yù)測(cè)控制，利用Simulink 和仿真系統(tǒng)提供的模塊分別組成圖6 中虛線所包圍的A，B 兩部分，按照上述步驟，將框圖分別下載到位于不同物理空間的硬件平臺(tái)運(yùn)行，控制系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在該選項(xiàng)卡中設(shè)置固定步長(zhǎng)和仿真停止時(shí)間，選擇積分求解器；單擊Real－Time Workshop 標(biāo)簽，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置系統(tǒng)目標(biāo)文件，模板聯(lián)編文件，Make 命令等，在Category 下拉列表中選擇xPC Targetgeneration options 選項(xiàng)，可以設(shè)置緩沖區(qū)大小，目標(biāo)對(duì)象名字等。

（4）創(chuàng)建和下載目標(biāo)應(yīng)用程序。設(shè)置完仿真參數(shù)，在Simulink 模型窗口中按Ctrl＋B，就可以生成C 代碼，并對(duì)其編譯、連接生成可執(zhí)行的目標(biāo)應(yīng)用程序，并自動(dòng)將其下載到目標(biāo)機(jī)上。

（5）控制目標(biāo)應(yīng)用程序以及信號(hào)跟蹤。目標(biāo)應(yīng)用程序下載完成之后，在MATLAB 窗口輸入＋tg（或－tg）或者在目標(biāo)機(jī)命令行輸入start（或stop）可以啟動(dòng)（或停止）目標(biāo)應(yīng)用程序。在Simulink 模型中添加xPC Target Scope 模塊，可以在目標(biāo)機(jī)上添加示波器，顯示需要的信號(hào)。