بهبود عملكرد سيستم‌هاي كنترل شبكه TCP نامعين با استفاده از مديريت طول صف مقاوم

Performance Improvement of Uncertain TCP-Networked Control Systems Using Robust AQM

چكيده: در اين مقاله، به منظور بهبود عملكرد سيستم‌های تحت كنترل شبكه TCP، استفاده از مديريت طول صف پيشنهاد گرديده است. جهت كنترل ازدحام شبكه‌ی TCP، مدل تحليلی شبكه TCP مورد استفاده قرار گرفته است و به طراحی كنترلگر فيدبك حالت از نوع PID پرداخته شده است. در نتيجه تنظيم طول صف، حول مقدار به اندازه دلخواه كوچك و كاهش واريانس طول صف، تأخير شبكه كه وابسته به طول صف است و همچنين تغييرات تأخير كاهش يافته و لذا عملكرد كلی سيستم تحت كنترل شبكه بهبود می‌يابد. با توجه به ماهيت تصادفی شبكه، سيستم تحت كنترل و شبكه دارای نامعينی‌ ساختاری در نظر گرفته شده اند. با تلفيق مدل شبكه و سيستم، سيستم حلقه بسته به شكل سيستم تأخيردار با تأخير وابسته به حالت خواهد شد. سپس با استفاده از روش لياپانوف-كراسوفسكی، شرط كافی برای پايداری سيستم حاصل ارائه گشته است. قضيه ارائه شده در قالب نامساوی‌های ماتريسی خطی وابسته به تأخير است كه ضرايب كنترلگرPID نيز كه تعيين آن از اهميت بالايی برخوردار است، از حل آن بدست می‌آيد. روش پيشنهادی شبيه‌سازی گشته و برتری آن نسبت به ساير روش‌ها نشان داده شده است. همچنين با استفاده از مثال عددی نشان داده شد كه روش پيشنهادی قادر به افزايش بيشينه تأخير قابل دستيابی توسط سيستم است و لذا نسبت به ساير روشها از محافظه‌كاری كمتری برخوردار است..

Abstract: This paper presents AQM design to improve the performance of networked control systems. An analytical model of the transmission control protocol (TCP) network is considered and a PID-type state feedback controller is developed to regulate the queue length. This leads to keeping network induced delay and its variation to be small enough to improve the overall performance of the NCSs. The model is assumed to possess structured uncertainties due to the stochastic nature of the network. By augmenting the TCP model with the plant equations, the closed loop system is transformed to a state-dependent delay differential equation (SDDDE). Applying the Lyapunov-Krasovskii method, a sufficient condition for the stability of this class of systems is obtained in terms of linear matrix inequality (LMI). PID controller parameters will be determined by solving these LMIs. Simulation results are presented and it has been shown that maximum allowable bound of time delay will increase in the proposed method.