基於新型Smith預估補償的網絡控製係統 杜鋒,杜文纔 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

杜鋒，杜文纔 著

圖書標籤:

• 網絡控製係統
• Smith預估補償
• 自適應控製
• 魯棒控製
• 新型控製
• 係統設計
• 控製理論
• 杜鋒
• 杜文纔
• 自動化

店鋪： 久點圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030348647

商品編碼：29659178850

包裝：平裝

齣版時間：2012-06-01

基本信息

書名：基於新型Smith預估補償的網絡控製係統

定價：50.00元

作者：杜鋒,杜文纔

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2012-06-01

ISBN：9787030348647

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：大32開

商品重量：0.241kg

編輯推薦

---

　　《基於新型Smith預估補償的網絡控製係統》從係統性、實用性、可讀性和新穎性角度編寫內容，並有很多仿真研究實例，力求成為既介紹原理分析，又兼顧研究方法與研究思路的網絡控製係統參考書。
　　本書主要內容源於作者多年來從事網絡控製係統理論研究和工程實踐的積纍。本書由杜鋒，杜文纔著。

內容提要

---

《基於新型Smith預估補償的網絡控製係統》是作者多年來研究網絡控製係統時延補償方法的概括與總結。針對網絡控製係統中的*、時變和不確定絡時延，《基於新型Smith預估補償的網絡控製係統》以作者提齣的新型Smith預估器時延補償方法為基礎，深入研究瞭常規PID控製、非綫性PID控製、模糊自適應PID控製、模糊免疫PID控製、RBF神經網絡控製、CMAC神經網絡控製、廣義預測控製等控製方法對網絡時延的補償效果。其研究的網絡結構涉及徑直結構、分層結構和網絡化串級控製係統結構，涉及單迴路網絡控製係統和多迴路復雜網絡控製係統。采用的網絡涉及有綫與無綫網絡、異構網絡以及有綫與無綫混雜的網絡。後介紹網絡控製係統的仿真軟件TrueTime 1.5。《基於新型Smith預估補償的網絡控製係統》可作為高等院校控製理論與控製工程、係統工程、檢測與自動化、通信工程、信息與計算科學、運籌學與控製論、計算機應用技術等相關專業的高年級本科生和研究生的專業參考書，也可供高等院校與科研院所從事網絡控製係統研究的教師和科研人員參考。

目錄

---

前言
章 緒論
1.1 網絡控製係統研究意義
1.2 網絡控製係統基本問題
1.3 網絡控製係統研究現狀
1.4 本書涉及的網絡拓撲結構
1.5 本書涉及的網絡協議
1.6 本書使用的仿真軟件
1.7 內容安排
1.8 本章小結
參考文獻
第2章 網絡時延及其測量
2.1 網絡時延的組成與分析
2.2 測量方法
2.3 本章小結
參考文獻
第3章 Smith預估補償
3.1 引言
3.2 Smith預估補償原理
3.3 Smith預估器研究現狀
3.4 本章小結
參考文獻
第4章 網絡時延補償研究思路與方法
4.1 引言
4.2 網絡控製係統存在的問題
4.3 解決時延補償問題的思路與方法
4.3.1 實現目標
4.3.2 需解決的關鍵科學問題
4.3.3 思路與方法
4.4 本章小結
第5章 新型Smith預估器(一)
5.1 引言
5.2 控製器端的Smith預估器
5.3 新型Smith預估器(一)技術路綫
5.3.1 被控對象模型參數完全匹配
5.3.2 被控對象模型參數不完全匹配
5.4 新型Smith預估器(一)結構討論
5.5 本章小結
參考文獻
第6章 基於新型Smith預估器(一)的網絡控製係統仿真
6.1 引言
6.2 PI控製的網絡控製係統
6.2.1 仿真設計
6.2.2 仿真研究
6.2.3 結果分析
6.3 廣義預測控製的網絡控製係統
6.3.1 控製算法
6.3.2 仿真設計
6.3.3 仿真研究
6.3.4 結果分析
6.4 PI控製的無綫網絡控製係統
6.4.1 仿真設計
6.4.2 仿真研究
6.4.3 結果分析
6.5 模糊免疫控製的無綫網絡控製係統
6.5.1 控製原理
6.5.2 仿真設計
6.5.3 仿真研究
6.5.4 結果分析
6.6 本章小結
參考文獻
第7章 新型Smith預估器(二)
7.1 引言
7.2 新型Smith預估器(二)技術路綫
7.2.1 被控對象模型參數完全匹配
7.2.2 被控對象模型參數不完全匹配
7.3 本章小結
第8章 新型Smith預估器(三)
8.1 引言
8.2 被控對象端的Smith預估器
8.3 新型Smith預估器(三)技術路綫
8.4 本章小結
參考文獻
第9章 基於新型Smith預估器(三)的網絡控製係統仿真
9.1 引言
9.2 PI控製的網絡控製係統
9.2.1 仿真設計
9.2.2 仿真研究
9.2.3 結果分析
9.3 RBF神經網絡控製的網絡控製係統
9.3.1 控製原理
9.3.2 仿真設計
9.3.3 仿真研究
9.3.4 結果分析
9.4 非綫性PID控製的無綫網絡控製係統
9.4.1 控製原理
9.4.2 仿真設計
9.4.3 仿真研究
9.4.4 結果分析
9.5 本章小結
參考文獻
0章 基於新型Smith預估器的網絡化串級控製係統
10.1 引言
10.2 問題描述
10.3 技術路綫
10.3.1 方案Ⅰ
10.3.2 方案Ⅱ
10.3.3 方案Ⅲ
10.3.4 方案Ⅳ
10.4 方案拓展
10.4.1 方案工拓展
10.4.2 方案Ⅳ拓展
10.5 本章小結
參考文獻
1章 多迴路網絡控製係統仿真
11.1 引言
11.2 PI控製的有綫多迴路網絡控製係統
11.2.1 仿真設計
11.2.2 仿真研究
11.2.3 結果分析
11.3 PI控製的無綫多迴路網絡控製係統
11.3.1 仿真設計
11.3.2 仿真研究
11.3.3 結果分析
11.4 本章小結
2章 異構網絡控製係統仿真
12.1 引言
12.2 模糊控製的有綫異構網絡控製係統
12.2.1 控製原理
12.2.2 仿真設計
12.2.3 仿真研究
12.2.4 結果分析
12.3 CMAC控製的無綫異構網絡控製係統
12.3.1 控製原理
12.3.2 仿真設計
12.3.3 仿真研究
12.3.4 結果分析
12.4 本章小結
參考文獻
3章 混雜網絡控製係統仿真
13.1 引言
13.2 模糊免疫控製的混雜網絡控製係統
13.2.1 仿真設計
13.2.2 仿真研究
13.2.3 結果分析
13.3 本章小結
4章 TrueTime 1.5仿真軟件
14.1 引言
14.2 TrueTime工具箱
14.3 TrueTime 1.5安裝
14.4 有綫網絡控製係統仿真實例
14.4.1 係統組成
14.4.2 有綫網絡模型
14.4.3 傳感器節點
14.4.4 控製器節點
14.4.5 執行器節點
14.4.6 乾擾節點
14.4.7 仿真結果
14.5 無綫網絡控製係統仿真實例
14.5.1 係統組成
14.5.2 無綫網絡模型
14.5.3 傳感器／執行器節點
14.5.4 控製器節點
14.5.5 仿真結果
14.6 本章小結
參考文獻

作者介紹

---

無

文摘

---

序言

---

基於新型Smith預估補償的網絡控製係統 概述 在現代工業和自動化領域，網絡控製係統（NCS）已成為不可或缺的關鍵技術。它們通過通信網絡實現遠程監控和控製，極大地提高瞭係統的靈活性、可擴展性和效率。然而，通信網絡的引入也帶來瞭固有的挑戰，其中最顯著的問題之一便是通信時延。時延的存在會顯著降低係統的性能，甚至導緻係統不穩定。傳統的控製策略在麵對時延時往往力不從心，需要更先進的補償技術來剋服其負麵影響。 本書《基於新型Smith預估補償的網絡控製係統》深入探討瞭網絡控製係統中的時延問題，並提齣瞭一種基於新型Smith預估補償的解決方案。我們將首先對網絡控製係統的基本原理、結構及其在不同應用場景中的重要性進行詳細闡述。隨後，我們將深入剖析通信時延對NCS性能産生的嚴峻挑戰，包括但不限於係統響應遲滯、穩定性下降、控製精度降低以及魯棒性減弱等。在此基礎上，本書將係統性地介紹Smith預估器（Smith Predictor）及其在剋服時延方麵的基本原理與發展曆程。 本書的重點在於提齣並詳細闡述“新型Smith預估補償”方案。我們將對其核心思想、設計原理、數學模型以及實現方法進行全麵而深入的分析。新型Smith預估補償的關鍵在於其對傳統Smith預估器的改進，旨在更有效地處理網絡環境下的不確定性和動態變化，從而在更廣泛的應用場景下實現更優異的控製性能。我們將通過詳細的理論推導、算法分析和仿真實驗，證明該新型補償方案在時延補償、係統穩定性和性能提升方麵的優越性。 詳細內容 第一章：網絡控製係統基礎 1.1 網絡控製係統的定義與發展 引言：從分布式控製到網絡化控製的演進。 NCS的核心構成：傳感器、控製器、執行器、通信網絡。 NCS的優勢：靈活性、模塊化、易於升級、降低布綫成本、遠程監控與診斷。 NCS的關鍵技術：采樣、量化、編碼、解碼、通信協議、時延處理。 1.2 網絡控製係統的結構與拓撲 集中式、分布式、混閤式NCS架構。 常見的NCS拓撲：總綫型、星型、環型、樹型。 不同拓撲結構對係統性能的影響。 1.3 網絡控製係統的應用領域 工業自動化：智能製造、過程控製、機器人控製。 航空航天：飛行控製、衛星通信。 交通運輸：智能交通係統、自動駕駛。 醫療健康：遠程手術、醫學影像傳輸。 能源管理：智能電網。 1.4 網絡控製係統麵臨的挑戰 通信時延：固定時延、變時延、抖動。 數據丟失與誤碼。 有限的通信帶寬。 安全性與可靠性。 控製器設計復雜度。 第二章：通信時延對網絡控製係統的影響 2.1 時延的産生機製與分類 網絡設備處理時延（交換機、路由器）。 信號傳輸時延（光縴、無綫）。 排隊時延。 固定時延與變時延（如TCP/IP協議下的時延）。 時延抖動（Jitter）。 2.2 時延對係統性能的影響機理 2.2.1 響應遲滯： 控製指令到達執行器的時間延遲，導緻係統對外部擾動或指令變化的響應滯後，影響動態性能。 2.2.2 穩定性下降： 過大的時延可能導緻係統閉環傳遞函數極點右移，甚至齣現振蕩或不穩定。特彆是在高增益係統或多環耦閤係統中，時延的影響更為顯著。 2.2.3 控製精度降低： 由於反饋信號的延遲，控製器無法及時獲得最新的係統狀態信息，從而做齣最優的控製決策，導緻穩態誤差增大或瞬態響應不佳。 2.2.4 魯棒性減弱： 時延的變化和不確定性會使係統對模型參數變化、外部擾動等因素的容忍度降低，整體魯棒性下降。 2.2.5 資源浪費： 在某些情況下，為瞭補償時延，可能需要采用更保守的控製參數，導緻控製作用被削弱，資源利用不充分。 2.3 時延對不同類型NCS的影響分析 PID控製在NCS中的性能退化。 狀態反饋控製在NCS中的挑戰。 模型預測控製（MPC）在NCS中的時延處理。 模糊與神經網絡控製在NCS中的時延適應性。 第三章：Smith預估器原理與發展 3.1 Smith預估器的基本思想 核心理念：利用被控對象的模型來預測未來輸齣，從而補償時延。 標準Smith預估器的結構：內環（無時延）與外環（帶時延）。 消除時延對控製器設計的影響，使控製器設計如同在無時延係統下進行。 3.2 標準Smith預估器的數學模型與設計 被控對象傳遞函數 G(s)。 時延環節 e^(-Ls)。 模型 G_m(s) e^(-Ls)。 控製器 G_c(s)。 Smith預估器閉環傳遞函數的推導。 3.3 標準Smith預估器的局限性 對被控對象模型的精度要求極高。 當實際被控對象與模型存在較大偏差時，性能顯著下降。 對於變時延和時延抖動處理能力有限。 抗乾擾能力相對較弱。 3.4 Smith預估器的發展與改進 自適應Smith預估器：用於處理模型參數不確定性。 增強型Smith預估器：引入觀測器或濾波環節。 基於模型預測的Smith預估器。 針對不同類型時延的Smith預估器變種。 第四章：新型Smith預估補償方案的設計與實現 4.1 新型Smith預估補償的核心思想 4.1.1 引入在綫模型辨識： 針對實際網絡環境下被控對象模型可能發生的動態變化，采用在綫模型辨識技術，實時更新被控對象的模型參數。這使得預估補償器能夠更好地適應係統狀態的變化，提高補償的準確性。 4.1.2 結閤預測與反饋的優勢： 在傳統Smith預估器基礎上，進一步融閤預測補償與實時反饋信號的處理，通過設計新的反饋結構，使得補償器在預測未來輸齣的同時，也能有效利用實際反饋信息來修正預測誤差，從而提升係統的魯棒性和抗乾擾能力。 4.1.3 針對變時延的魯棒性設計： 針對網絡通信中普遍存在的變時延特性，設計能夠自適應調整其補償策略的機製。這可能包括引入時延估計器，以及根據時延的變化動態調整預估補償器的增益和結構。 4.1.4 增強的抗擾動能力： 通過引入濾波、觀測器或補償環節，進一步提高補償器對外部擾動和測量噪聲的抑製能力，確保係統在復雜工況下的平穩運行。 4.2 新型Smith預估補償器的數學模型與推導 詳細介紹新型補償器在傳遞函數域或狀態空間域下的數學描述。 引入在綫模型辨識模塊的模型（如最小二乘法、遞推最小二乘法等）。 設計新的預測補償模型，考慮模型誤差和時延的不確定性。 推導包含新型補償器的整體閉環係統傳遞函數或狀態方程。 分析補償器如何有效抵消或減弱時延對閉環係統的影響。 4.3 新型Smith預估補償器的具體實現算法 4.3.1 在綫模型辨識算法： 介紹具體的模型辨識方法，例如： 遞推最小二乘法 (RLS)：適閤在綫估計模型參數，計算效率高。 卡爾曼濾波 (KF)：可用於狀態估計和參數估計，尤其在有噪聲的情況下錶現良好。 梯度下降法：一種通用的優化算法，可用於模型參數的迭代更新。 討論算法的選擇依據，如計算復雜度、對噪聲的敏感度、收斂速度等。 4.3.2 時延估計與補償策略： 介紹如何估計網絡時延，例如： 基於時間戳的估計： 在發送端和接收端添加時間戳，計算往返時間（RTT）來估計單嚮時延。 基於序列號的估計： 利用數據包的序列號來檢測丟包和評估傳輸延遲。 統計性時延估計： 對曆史時延數據進行統計分析，預測未來時延。 闡述如何根據估計的時延動態調整補償器的參數或結構。 4.3.3 核心補償算法： 詳細描述新型Smith預估補償器的核心計算流程。 如何結閤辨識模型、時延估計和反饋信號生成控製指令。 可能包含的預濾波、狀態重構或誤差反饋機製。 4.4 新型Smith預估補償器在NCS中的應用流程 詳細描述係統運行時的整體流程： 1. 傳感器采集原始數據。 2. 數據通過通信網絡傳輸至控製器。 3. 控製器接收數據，並進行時延估計。 4. 根據接收到的反饋數據和內部模型，在綫辨識被控對象模型。 5. 利用辨識齣的模型和估計的時延，通過新型Smith預估補償器計算控製輸齣。 6. 控製輸齣通過通信網絡傳輸至執行器。 7. 執行器執行控製指令。 8. 被控對象的狀態發生變化，形成新的反饋。 圖示說明該流程。 第五章：仿真分析與實驗驗證 5.1 仿真平颱搭建 介紹使用的仿真軟件（如MATLAB/Simulink, Python with control libraries等）。 搭建具有時延的網絡通信模型。 構建不同復雜度的被控對象模型（包括綫性、非綫性、時變模型）。 5.2 仿真場景設計 5.2.1 不同時延條件下的性能比較： 固定時延（小、中、大）。 變時延（周期性、隨機性）。 時延抖動。 數據丟失率影響。 5.2.2 被控對象模型不匹配情況下的性能評估： 當實際被控對象與控製器設計模型存在一定偏差時的錶現。 模型參數隨時間緩慢變化或快速變化的情況。 5.2.3 抗擾動能力測試： 在係統運行時施加外部擾動（如階躍擾動、正弦擾動）。 評估新型補償器對擾動的抑製效果。 5.3 性能指標評估 5.3.1 動態性能指標： 上升時間 (Rise Time)。 超調量 (Overshoot)。 調節時間 (Settling Time)。 峰值時間 (Peak Time)。 5.3.2 穩態性能指標： 穩態誤差 (Steady-State Error)。 5.3.3 穩定性指標： 閉環係統的極點位置。 係統響應的收斂性。 5.3.4 魯棒性指標： 參數變化下的性能保持度。 對模型不確定性的容忍度。 5.4 與傳統控製方法的比較 將新型Smith預估補償方案與傳統PID控製、標準Smith預估器、其他先進控製策略（如基於模型預測的控製）在相同仿真條件下進行比較。 通過仿真結果圖錶直觀展示性能提升。 5.5 實驗平颱搭建與驗證（可選） 介紹構建的實際NCS實驗平颱（如基於FPGA、嵌入式係統、PLC等）。 實際物理被控對象（如電機、溫控係統、機械臂等）。 通過實驗驗證仿真結果的有效性，並進一步評估實際係統中的性能。 第六章：結論與展望 6.1 研究成果總結 迴顧本書提齣的新型Smith預估補償方案及其關鍵技術。 總結該方案在剋服網絡控製係統時延、提高係統性能方麵的優勢。 重申新型補償器在模型辨識、時延估計、魯棒性設計等方麵的創新之處。 6.2 未來研究方嚮 6.2.1 更復雜的網絡環境： 在具有更嚴重的丟包、更劇烈抖動、非對稱時延的網絡環境下，進一步優化補償算法。 研究基於機器學習或深度學習的自適應時延估計與補償方法。 6.2.2 更廣泛的被控對象： 將新型補償器應用於更復雜的非綫性、高階、耦閤的被控對象。 研究其在分布式NCS中的應用，解決多控製器間的協同問題。 6.2.3 安全性與可靠性： 在考慮網絡安全威脅（如拒絕服務攻擊）的情況下，設計更具安全性的NCS控製策略。 提高係統的故障檢測與容錯能力。 6.2.4 實時性與計算復雜度： 進一步降低算法的計算復雜度，使其適用於資源受限的嵌入式設備。 優化算法的實時性，滿足高速控製需求。 6.2.5 理論分析的完善： 對新型補償器的穩定性、收斂性進行更嚴格的數學證明。 開發更係統的設計工具和分析方法。 本書為網絡控製係統領域的研究者、工程師和學生提供瞭一個深入理解和解決時延問題的新視角和實用工具。通過對新型Smith預估補償方案的詳細闡述，旨在推動網絡控製係統在各種工業和應用場景中實現更優異的性能和更高的可靠性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的整體“氣質”是那種沉穩、內斂但蘊含巨大能量的類型。它不像那些流行的科普讀物那樣試圖用誇張的語言來吸引眼球，而是用嚴謹的邏輯和無可辯駁的數學推導來建立自己的權威。我甚至可以想象，這本書在某個高級研究室的咖啡桌上，被翻閱時散發齣的那種專業氣息。它更像是一本“工具書”與“教科書”的完美結閤體，既有係統的理論框架，又有解決具體問題的工具箱。對於那些已經有一定控製理論基礎，並渴望深入研究網絡化係統在時滯、不確定性等復雜環境下如何實現高精度控製的專業人士來說，這本書無疑提供瞭一個極其深刻且富有啓發性的新視角。它給人的感覺是，作者不是在“教”你知識，而是在“邀請”你一起探索這個復雜領域的前沿問題。

評分☆☆☆☆☆

閱讀過程中，我留意到作者在引用和參考文獻的處理上也極為嚴謹。翻到書的後部，那份詳盡的引用列錶，顯示瞭作者廣闊的知識麵和紮實的學術功底。他們似乎不僅參考瞭控製工程領域內的經典文獻，還巧妙地融閤瞭信號處理、優化理論甚至是某些前沿的計算數學成果。這種跨學科的視野，使得他們提齣的“預估補償”框架顯得尤為堅實和全麵。更讓我感到驚喜的是，書中似乎附帶瞭一些案例研究或者仿真結果的片段（雖然我隻是快速瀏覽），這些實證性的內容，為抽象的理論提供瞭落地的支撐，極大地增強瞭理論的說服力。這種“理論建構—案例佐證”的模式，對於那些希望將知識應用於實際工程問題的工程師讀者來說，無疑是最有價值的部分，因為它展現瞭從紙麵到實際運行的轉化路徑。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭整整一個下午來瀏覽這本書的目錄和前言，感覺作者們在構建知識體係的邏輯性上，下足瞭功夫。他們似乎非常注重從基礎原理的溯源開始，層層遞進，而不是直接拋齣高深的結論。比如，他們對傳統控製理論中某些局限性的迴顧，寫得非常到位，不帶批判的口吻，而是以一種更具建設性的視角來引齣“新型”方法的必要性，這種敘述方式讓初學者也能輕鬆跟上節奏。書中對章節間的銜接處理得極其自然，仿佛在講述一個完整的故事，從問題的提齣，到工具的準備，再到最終方案的實現與驗證，每一步都有清晰的脈絡。特彆是他們對“預估補償”這一核心概念的引入，似乎采用瞭多角度的類比和圖示，試圖將一個抽象的數學工具具象化，這對於理解其精髓至關重要。總的來說，這種結構安排，極大地降低瞭復雜技術被初次接觸的讀者的心理門檻。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版風格，簡直是工程類書籍中的一股清流。我尤其贊賞它在圖錶使用上的剋製與精準。很多技術書籍為瞭顯得內容豐富，會塞滿大量的、有時甚至有些冗餘的示意圖，但這裏不同，每一張圖、每一個錶格，似乎都是經過深思熟慮、不可或缺的。圖注清晰明瞭，即使脫離正文獨立來看，也能大緻理解其錶達的意圖。更值得稱道的是，書中對復雜算法步驟的描述，大量采用瞭編號列錶和醒目的代碼塊格式，這使得在實際操作或復現模型時，查找和對照特定步驟變得異常高效，大大減少瞭閱讀時的認知負荷。這種注重“可操作性”的排版哲學，體現瞭作者對讀者時間價值的尊重。字體選擇上也偏嚮於易於長時間閱讀的宋體或類似字體，字號大小適中，行間距拿捏得恰到好處，保證瞭閱讀的連貫性和舒適感。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計深得我心，那種沉穩又不失科技感的藍灰色調，讓我想起深邃的星空和精密復雜的電路闆。我特彆欣賞那種留白的處理，既突齣瞭書名和作者的名字，又給人一種呼吸感，而不是那種塞得滿滿當當的壓迫感。裝幀的質感也非常棒，紙張的觸感細膩而堅韌，翻頁時能聽到輕微的、令人愉悅的摩擦聲，這對於需要長時間沉浸在技術細節中的讀者來說，簡直是一種享受。內頁的印刷清晰度簡直是業界標杆，無論是公式推導還是係統框圖，綫條都銳利得如同激光切割，即使用放大鏡觀察，也找不到絲毫的模糊或套印不準的瑕疵。可以說，光是捧在手裏，就能感受到齣版方對這本書的重視程度，這種對細節的極緻追求，讓我對書的內容質量也抱有瞭極高的期待。封麵上的那個抽象的幾何圖形，似乎就暗示著書中將要探討的那些復雜係統之間微妙的平衡與動態關係，非常吸引眼球。