Nghiên cứu điều khiển trễ trong hệ thống điều khiển phản hồi qua mạng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHẠM NGỌC MINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TRỄ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI QUA MẠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ VIỄN THÔNG Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHẠM NGỌC MINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TRỄ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI QUA MẠNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Thái Quang Vinh Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, hồn thành hướng dẫn PGS.TS Thái Quang Vinh Các kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin chịu trách nhiệm lời cam đoan Hà nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Phạm Ngọc Minh LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành với nỗ lực không ngừng tác giả giúp đỡ từ thầy giáo hướng dẫn, bạn bè người thân Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lời tri ân tới PGS.TS Thái Quang Vinh, thầy giáo tận tình hướng dẫn tác giả hồn thành luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo cán Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học Công nghệ (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) nhiệt tình giúp đỡ tạo mơi trường nghiên cứu tốt để tác giả hồn thành cơng trình mình; cảm ơn thầy, đồng nghiệp nơi mà tác giả tham gia viết có góp ý xác để tác giả có cơng bố ngày hơm Tác giả xin cảm ơn tới Viện Công nghệ thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, đồng nghiệp phòng Kỹ thuật điều khiển Hệ thống nhúng nơi tác giả công tác ủng hộ để luận án hoàn thành thời hạn Cuối cùng, tác giả xin gửi tới bạn bè, người thân lời cảm ơn chân thành đồng hành tác giả suốt thời gian qua Hà Nội,ngày tháng năm 2020 Tác giả Phạm Ngọc Minh MỤC LỤC MỤC LỤC Danh mục thuật ngữ Bảng ký hiệu, từ viết tắt Danh sách bảng 10 Danh sách hình vẽ .11 MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI MẠNG 19 1.1 Đặt vấn đề 19 1.2 Cấu hình hệ thống điều khiển kết nối mạng 21 1.2.1 Cấu hình tập trung 22 1.2.2 Cấu hình phi tập trung 23 1.2.3 Cấu hình phân tán 24 1.3 Mơ hình hệ thống điều khiển kết nối mạng truyền thông 25 1.3.1 Mơ hình hệ thống 25 1.4 Các vấn đề cần giải hệ thống điều khiển kết nối mạng thời gian thực 27 1.4.1 Sự chậm trễ mạng gây 28 1.4.2 Bỏ gói liệu 30 1.4.3 Rối loạn gói liệu 30 1.4.4 Lỗi lượng tử hóa 31 1.4.5 Cấu trúc liên kết mạng thời gian khác 31 1.4.6 Kênh mờ dần 32 1.4.7 Băng thông mạng thay đổi theo thời gian 32 1.5 Mơ hình hóa phân tích độ trễ mạng 33 1.6 Phương pháp lập lịch GSM cho hệ thống điều khiển kết nối mạng 36 1.7 Một số nghiên cứu giới hệ thống điều khiển kết nối mạng 39 1.8 Một số nghiên cứu nước hệ thống điều khiển kết nối mạng 40 1.9 Kết luận chương 43 CHƯƠNG - MƠ HÌNH THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 45 2.1 Mở đầu 45 2.2 Kiến trúc hệ thống điều khiển kết nối mạng 45 2.3 Ảnh hưởng thời gian trễ hệ thống điều khiển kết nối mạng 47 2.4 Phương pháp truyền liệu đo điều khiển qua mạng 50 2.4.1 Hệ thống kết nối mạng từ nhiều nguồn khác 50 2.4.2 Phương pháp kết nối thiết bị đo điều khiển qua mạng 54 2.5 Kết luận chương 63 CHƯƠNG - MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BÙ TRỄ QUA MẠNG TRÊN CƠ SỞ HỆ LOGIC MỜ 64 3.1 Ý tưởng 64 3.2 Bù trễ điều khiển qua mạng sở hệ logic mờ 64 3.3 Mơ hình mạng với nút lưu lượng 67 3.3.1 Cấu trúc mạng với nút lưu lượng 67 3.3.2 Thời gian trễ ước tính gói bị 71 3.4 Phương pháp điều khiển bù trễ sở logic mờ 74 3.4.1 Cấu trúc truyền liệu qua mạng 74 3.4.2 Mơ hình điều khiển robot omni qua mạng 77 3.4.3 Mơ hình tốn học robot Omni 79 3.4.4 Xây dựng luật điều khiển 81 3.4.5 Cấu trúc điều khiển bù trễ qua mạng 83 3.4.6 Logic mờ để điều chỉnh tham số điều khiển robot Omni 85 3.1 Kết luận chương 93 KẾT LUẬN 94 Danh mục cơng trình tác giả 95 Tài liệu tham khảo 97 Danh mục thuật ngữ Thuật ngữ tiếng Việt Thuật ngữ tiếng Anh Bộ điều khiển khả trình Programmable Logic Controller Hệ thống giám sát điều khiển thu thập liệu Supervisory Control And Data Acquisition Giao thức giao diện đa điểm Multi Point Interface Môi trường ứng dụng Google Google App Engine Hệ thống điều khiển kết nối mạng Network Control System Thử lần loại bỏ Try Once Discard Chất lượng dịch vụ Quality of service Chất lượng điều khiển Quality of control Bất đẳng thức ma trận tuyến tính Linear Matrix Inequality Quan sát nhiễu truyền thông Communication Disturbance Observer Hệ thống điều khiển kết nối mạng phân tán Distributed networked control system Phần mềm trung gian lập lịch Gain scheduler middleware Nhiều đầu vào nhiều đầu Multiple-input and Multiple-output Mạng điều khiển khu vực Control Area Network Mạng điều khiển tự động tòa nhà Building Automation and Control Network Giao thức mạng điều khiển phân tán theo tiêu chuẩn IEC 61158 Fieldbus Chiến lược điều khiển tập trung Centralized control scheme Phương pháp điều khiển phi tập trung Decentralized control strategy Mạng nơ ron hồi quy Recurrent Neural Network Khâu lưu giữ bậc Zero-order Hold Mô hình mờ Takagi-Sugeno-Kang Takagi-Sugeno-Kang fuzzy model Bộ điều chỉnh bậc hai tuyến tính Linear Quadratic Regulator Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân-vi phân Proportional Integral Derivative Bám đa mục tiêu Multi-Target Tracking Giao thức truyền liệu siêu văn HyperText Transfer Protocol Bảng ký hiệu, từ viết tắt Ký hiệu, từ viết tắt Diễn giải PLC Programmable Logic Controller SCADA Supervisory Control And Data Acquisition MPI Multi Point Interface GAE Google App Engine NCS Networked control systems RCNS Realtime Control Networks TOD Try Once Discard QoS Quality of service QoC Quality of control LMI Linear Matrix Inequality CDOB Communication Disturbance Observer DNCS Distributed networked control system GSM Gain scheduler middleware MIMO Multiple-input and Multiple-output CAN Control Area Network BACnet Building Automation and Control Network RNN Recurrent Neural Network ... vịng điều khiển phản hồi thực thơng qua mạng truyền thông Khi hệ thống điều khiển phản hồi truyền thống thực qua kênh truyền thông chia sẻ với nút khác bên ngồi hệ thống điều khiển, hệ thống điều. .. trúc mạng hệ thống điều khiển 46 Hình 2.2 Mơ hình hệ thống điều khiển kết nối mạng có trễ truyền thống 48 Hình 2.3 Thời gian hệ thống điều khiển kết nối mạng 49 Hình 2.4 Mơ hình hệ thống. .. lập lịch GSM cho hệ thống điều khiển kết nối mạng 36 1.7 Một số nghiên cứu giới hệ thống điều khiển kết nối mạng 39 1.8 Một số nghiên cứu nước hệ thống điều khiển kết nối mạng 40 1.9 Kết