虛擬仿真技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)控制中的應(yīng)用

劉先++李楊

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸具有延時(shí)性和不確定性，這會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制的應(yīng)用造成一定的影響。因此，為了在實(shí)際應(yīng)用過程中解決該問題，應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)控制中采用虛擬仿真技術(shù)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)延遲；閉環(huán)控制；計(jì)算機(jī)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.125

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用要求不斷提高。為了進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)虛擬仿真技術(shù)的研究，提升對(duì)虛擬對(duì)象仿真信息的處理能力，優(yōu)化信息的傳輸過程，從而滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)管理方面的要求。

1 閉環(huán)控制的理論依據(jù)

如果控制系統(tǒng)的輸入量是決定其輸出狀態(tài)的唯一因素，則控制系統(tǒng)可通過開環(huán)控制使自身達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，即滿足：

式（4）中：P為調(diào)節(jié)輸入量的基本方法。

由此可見，閉環(huán)控制主要以控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想為導(dǎo)向，主要目標(biāo)是使期望值與輸出值盡量接近，這也是閉環(huán)控制的理論基礎(chǔ)。

2 虛擬仿真下的三閉環(huán)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸過程存在一定的延遲，導(dǎo)致操作者在操控時(shí)具有一定的滯后性。因此，操作者在工作中參考的理論參數(shù)與實(shí)際參數(shù)有一定的差異，這對(duì)決策的有效性和合理性造成了一定的影響。在此情況下，操作者可基于仿真模型的控制參數(shù)創(chuàng)建虛擬操作環(huán)境。在虛擬環(huán)境中，操控者對(duì)虛擬控制對(duì)象的控制能實(shí)現(xiàn)零延遲，且在操控過程中可通過互聯(lián)網(wǎng)不間斷地將虛擬控制對(duì)象的r（k-1）、r（k）和r（k+1）等控制信號(hào)傳輸至實(shí)際控制對(duì)象，并持續(xù)收集y（k-1）、y（k）、y（k+1）等控制信號(hào)。此外，還應(yīng)采用緩沖技術(shù)確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際控制對(duì)象的閉環(huán)控制。具體如圖1所示。

圖1 虛擬仿真環(huán)境的構(gòu)造

2.2 虛擬仿真環(huán)境下的三閉環(huán)控制

在遠(yuǎn)程控制中，為了解決數(shù)據(jù)傳輸有延遲的問題，需要應(yīng)用仿真概念技術(shù)。因此，本文提出了在虛擬仿真環(huán)境下的三閉環(huán)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，并基于被控制端和控制端構(gòu)成了相對(duì)獨(dú)立的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，主要包括虛擬研究對(duì)象、實(shí)際控制對(duì)象等，其共同構(gòu)成了大閉環(huán)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，即“死環(huán)”類型的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的兩端會(huì)受到獨(dú)立運(yùn)行結(jié)構(gòu)的影響，且在實(shí)際運(yùn)行中，各種數(shù)據(jù)都會(huì)在閉環(huán)結(jié)構(gòu)中傳輸。此外，該結(jié)構(gòu)基于“數(shù)據(jù)比較”和“遠(yuǎn)程控制者”程序，可處理通信信息，從而可確保三閉環(huán)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)更新；部分處理模塊具有事件延遲功能，能依據(jù)“死環(huán)”兩端的數(shù)據(jù)變化模擬、修改控制對(duì)象的參數(shù)。

在操作系統(tǒng)時(shí)，操控者應(yīng)有效判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，掌握各種基礎(chǔ)指令，并借助Excel存儲(chǔ)指令，從而優(yōu)化操控行為，提高操控的合理性。由此可見，虛擬仿真環(huán)境下的三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)中最重要的內(nèi)容是解決虛擬閉環(huán)系統(tǒng)的延時(shí)問題，從而精準(zhǔn)計(jì)算系統(tǒng)參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效處理。此外，為了進(jìn)一步提升三閉環(huán)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的性能，操作者應(yīng)構(gòu)建合理的控制模型，從而確保三閉環(huán)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的真實(shí)性；按照運(yùn)行要求管理“死環(huán)”兩端的閉環(huán)，并實(shí)時(shí)修改模塊的參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊運(yùn)行狀態(tài)的合理調(diào)整；三閉環(huán)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中生成的信息會(huì)發(fā)生變化，因此，應(yīng)以“死環(huán)”結(jié)構(gòu)收集的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，從而確保三閉環(huán)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的合理性。

2.3 仿真與建模

直流無刷電機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 直流無刷電機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)

為了確定網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的延時(shí)性，需要判斷“死環(huán)”結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響。假設(shè)實(shí)際控制對(duì)象與虛擬控制對(duì)象沒有差別、輸入的函數(shù)為階段性函數(shù)，則在延遲過程中的Delay為0 s，Delay1為0.1 s，且系統(tǒng)發(fā)出的控制指令可直接作用于被控制對(duì)象。此外，在解讀Delay的數(shù)值時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸速度較快，延遲0.05 s后延遲消失，且數(shù)據(jù)的傳輸速度會(huì)隨著時(shí)間的推移進(jìn)一步加快。

3 結(jié)束語

本文對(duì)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探討。相關(guān)的工作人員在具體分析過程中，必須詳細(xì)了解仿真技術(shù)的要點(diǎn)，并在全面掌握仿真流程的基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)控制。

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〔編輯：張思楠〕