Bù trễ truyền thông cho các hệ thống điều khiển qua mạng dựa trên phương pháp thiết kế đặt cực

Bài viết Bù trễ truyền thông cho các hệ thống điều khiển qua mạng dựa trên phương pháp thiết kế đặt cực đề xuất phương pháp tính toán trễ truyền thông trong vòng kín sử dụng phương pháp thiết kế đặt điểm cực nhằm nâng cao QoC cho các hệ thống điều khiển qua mạng CAN.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bù trễ truyền thông cho các hệ thống điều khiển qua mạng dựa trên phương pháp thiết kế đặt cực ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(84).2014, QUYỂN 2 5 BÙ TRỄ TRUYỀN THÔNG CHO CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ĐẶT CỰC COMMUNICATION DELAY COMPENSATION FOR NETWORKED CONTROL SYSTEMS BASED ON POLE-PLACEMENT DESIGN METHOD Nguyễn Trọng Các1, Nguyễn Văn Khang1, Trần Hoàng Vũ2 1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Email: cacdhsd@gmail.com, khang.nguyenvan1@hust.edu.vn 2 Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng; Email: tranhoangvu_university@yahoo.com.vn Tóm tắt - Trễ truyền thông là một thành phần quan trọng vì nó ảnh Abstract - In the context of Networked Control Systems (NCS), hưởng lớn đến chất lượng điều khiển (QoC) của các ứng dụng communication time delay strongly influences the Quality of điều khiển quá trình trong các hệ thống điều khiển qua mạng Control (QoC) of process control applications. The goal of this (NCS). Mục đích của bài báo này là đề xuất phương pháp tính toán paper is to propose a way to calculate the closed-loop trễ truyền thông trong vòng kín sử dụng phương pháp thiết kế đặt communication time delay and we compensate this time delay điểm cực nhằm nâng cao QoC cho các hệ thống điều khiển qua using the pole placement design method in order to improve the mạng CAN. Chúng tôi xem xét và thực thi các ứng dụng điều khiển QoC for CAN-based NCSs. We consider the implementation of quá trình trên mạng CAN. Sau đó thông qua việc tính toán và so several process control applications on a CAN network. Then we sánh chất lượng điều khiển của các ứng dụng điều khiển quá trình show the interest of the proposed method by comparing the QoC này với các trường hợp bù trễ và không bù trễ, chúng tôi chỉ ra ưu in case of time delay compensation and of without time delay điểm của phương pháp đã đề xuất thông qua việc sử dụng phương compensation. pháp thiết kế đặt điểm cực. Từ khóa - mạng CAN; trễ truyền thông; hệ thống điều khiển qua Key words - CAN network; communication delay; networked mạng; phương pháp thiết kế đặt điểm cực; chất lượng điều khiển. control systems; pole-placement design method; Quality-of- Control. thiết kế đặt điểm cực nhằm nâng cao QoC của hệ thống NCS. 1. Đặt vấn đề Quá trình bù trễ được thực hiện trực tuyến (online) tại bộ Hệ thống điều khiển sử dụng mạng truyền thông (NCS- điều khiển trong mỗi chu kỳ trích mẫu. Để so sánh QoC giữa Networked Control Systems) càng ngày càng phổ biến và hệ thống được bù trễ và không được bù trễ, chúng tôi sử dụng thay thế phương pháp truyền thông truyền thống điểm-điểm phần mềm mô phỏng TrueTime [9], chạy trên nền bởi nhiều ưu điểm, đặc biệt là tiết kiệm chi phí cài đặt, dễ Matlab/Simulink cho phép mô phỏng các hệ thống điều dàng trong chuẩn đoán. Tuy nhiên, việc sử dụng chung khiển thời gian thực phân tán (câu tiếng Anh nguyên bản là đường truyền thông nảy sinh hai vấn đề chính cần nghiên “TrueTime, a toolbox for simulation of distributed real-time cứu: Một là, lập lịch truy nhập đường truyền của các nốt control systems”), đồng thời xem xét ứng dụng điều khiển mạng nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ QoS (Quality-of- động cơ điện một chiều dựa trên mô hình hàm truyền đạt bậc Service) của mạng truyền thông [1], [2]; Hai là, bù trễ thời 2. Phần mềm mô phỏng TrueTime không phải là phần mềm gian do việc truyền các thông điệp (được gọi là truyền thông) độc lập mà đây là phần mềm chạy trên nền Matlab/Simulink, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển QoC (Quality-of- cho phép mô phỏng cả hệ thống mạng và hệ thống điều Control) của hệ thống điều khiển. Trong [1] đã đề xuất một khiển. sách lược truy nhập đường truyền sử dụng ưu tiên lai để khắc Phần còn lại của bài báo được bố cục như sau: Phần 2 phục những hạn chế trong giao thức MAC của mạng CAN trình bày về hệ thống điều khiển qua mạng CAN ngày nay chủ yếu dựa vào sách lược ưu tiên tĩnh, với mục (Controller Area Network); Phần 3 bù trễ truyền thông sử đích là nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS). Trong bài báo dụng phương pháp thiết kế đặt cực; Phần 4 thực thi ứng này, chúng tôi sẽ giải quyết vấn đề bù trễ truyền thông trên dụng điều khiển động cơ điện một chiều, các kết luận cuối mạng CAN nhằm nâng cao chất lượng điều khiển (QoC). cùng được đưa ra trong phần 5 của bài báo. Các công việc trong [3] và [4] chỉ xem xét bù trễ cho kênh truyền thẳng (tức là, bù trễ từ bộ điều khiển đến cơ cấu chấp 2. Hệ thống điều khiển qua mạng CAN hành) mà không thực hiện bù trễ trong kênh phản hồi (tức là, fca không thực hiện bù trễ từ bộ cảm biến đến bộ điều khiển). Z Ngược lại, các nghiên cứu trong [5] và [6] chỉ xem xét bù trễ r ...