虛擬仿真技術在網(wǎng)絡閉環(huán)控制中的應用

劉先++李楊

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸具有延時性和不確定性，這會對網(wǎng)絡遠程控制的應用造成一定的影響。因此，為了在實際應用過程中解決該問題，應在網(wǎng)絡閉環(huán)控制中采用虛擬仿真技術。

關鍵詞：虛擬仿真技術；網(wǎng)絡延遲；閉環(huán)控制；計算機

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.125

隨著計算機網(wǎng)絡信息技術的快速發(fā)展，人們對計算機網(wǎng)絡的應用要求不斷提高。為了進一步提高計算機網(wǎng)絡的服務能力，應加強對虛擬仿真技術的研究，提升對虛擬對象仿真信息的處理能力，優(yōu)化信息的傳輸過程，從而滿足人們對網(wǎng)絡技術管理方面的要求。

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)控制使自身達到最佳運行狀態(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)的設計思想為導向，主要目標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。

2 虛擬仿真下的三閉環(huán)結構

2.1 系統(tǒng)結構分析

由于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸過程存在一定的延遲，導致操作者在操控時具有一定的滯后性。因此，操作者在工作中參考的理論參數(shù)與實際參數(shù)有一定的差異，這對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，操控者對虛擬控制對象的控制能實現(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象的r（k-1）、r（k）和r（k+1）等控制信號傳輸至實際控制對象，并持續(xù)收集y（k-1）、y（k）、y（k+1）等控制信號。此外，還應采用緩沖技術確保網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)性，從而實現(xiàn)對實際控制對象的閉環(huán)控制。具體如圖1所示。

圖1 虛擬仿真環(huán)境的構造

2.2 虛擬仿真環(huán)境下的三閉環(huán)控制

在遠程控制中，為了解決數(shù)據(jù)傳輸有延遲的問題，需要應用仿真概念技術。因此，本文提出了在虛擬仿真環(huán)境下的三閉環(huán)遠程控制系統(tǒng)，并基于被控制端和控制端構成了相對獨立的閉環(huán)結構。在該結構中，主要包括虛擬研究對象、實際控制對象等，其共同構成了大閉環(huán)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，即“死環(huán)”類型的閉環(huán)結構。該結構的兩端會受到獨立運行結構的影響，且在實際運行中，各種數(shù)據(jù)都會在閉環(huán)結構中傳輸。此外，該結構基于“數(shù)據(jù)比較”和“遠程控制者”程序，可處理通信信息，從而可確保三閉環(huán)遠程控制系統(tǒng)的實時更新；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、修改控制對象的參數(shù)。

在操作系統(tǒng)時，操控者應有效判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，掌握各種基礎指令，并借助Excel存儲指令，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)控制結構中最重要的內(nèi)容是解決虛擬閉環(huán)系統(tǒng)的延時問題，從而精準計算系統(tǒng)參數(shù)，最終實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效處理。此外，為了進一步提升三閉環(huán)遠程控制系統(tǒng)的性能，操作者應構建合理的控制模型，從而確保三閉環(huán)遠程控制系統(tǒng)的真實性；按照運行要求管理“死環(huán)”兩端的閉環(huán)，并實時修改模塊的參數(shù)，最終實現(xiàn)對模塊運行狀態(tài)的合理調(diào)整；三閉環(huán)遠程控制系統(tǒng)在運行過程中生成的信息會發(fā)生變化，因此，應以“死環(huán)”結構收集的數(shù)據(jù)為標準，從而確保三閉環(huán)遠程控制系統(tǒng)的合理性。

2.3 仿真與建模

直流無刷電機虛擬仿真系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 直流無刷電機虛擬仿真系統(tǒng)

為了確定網(wǎng)絡傳輸過程中的延時性，需要判斷“死環(huán)”結構對網(wǎng)絡環(huán)境的影響。假設實際控制對象與虛擬控制對象沒有差別、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象。此外，在解讀Delay的數(shù)值時，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)的傳輸速度會隨著時間的推移進一步加快。

3 結束語

本文對虛擬仿真技術的應用進行了詳細探討。相關的工作人員在具體分析過程中，必須詳細了解仿真技術的要點，并在全面掌握仿真流程的基礎上，合理應用網(wǎng)絡閉環(huán)控制。

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〔編輯：張思楠〕