結合 DPC 與 IME 應用於資料遺失補償

由前一章 IME 補償架構的實驗與模擬結果可知，高階的 LSE 是造成系統響 應發散的主因，雖然選用低階的 LSE 補償可以避免系統不穩定的情形發生，但 是 LSE 的階數越低，會越接近 one-delay 估測器，補償的效果也會越差。因此為 了將 IME 補償架構應用於未知系統上且保持穩定，必須適當的選擇 LSE 的補償 階數。

本研究針對 IME 架構的切換機制做調整，除了以_D,D作為切換基準外，再 加入輸入與輸出的資訊作為判斷的指標，而此時資料預測控制器恰能很好的提供 系統的輸出入資訊，因此在此提出結合 IME 與 DPC 的補償架構。假設系統的命 令為有界的且命令曲線為圓滑變化，也就是說命令不會有突然的劇烈變化，而這 在運動控制系統中是很合理的，若命令滿足上述所說，則可以對命令設定一個適 當的上限值，假使在某時間點 IME 估測出的數值超出此上限，則改以 one-delay 估測器補償該筆遺失的資料，此方法能夠確保系統不會因為錯誤的補償而導致響 應發散。而其中上限的選擇以 DPC 預測出的控制命令作為標準，如(5-39)式所示，

若當下的條件滿足(5-39)則 IME 會切換為 one-delay 補償器。以此種策略進行補 償的架構命名為 IME_1D+DPC，而結合方式如圖 5-23 的架構圖所示。

_𝐼𝑀𝐸( ) ( 1) > 𝑎( _𝐷𝑃𝐶( ) ( 1)) (5-39)

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其中 _𝐼𝑀𝐸( )為 IME 估測出的命令值， _𝐷𝑃𝐶( )為 DPC 估測出的命令值，u(k-1) 為上一點的命令值，a 為權重值，本研究中 a 值設定為 3。

圖 5-23 IME 結合 DPC 應用於網路控制系統補償架構圖

圖 5-24 為 20%資料遺失率的實驗比較圖，由結果可以看出 IME_1D+DPC 補償架構的追跡誤差比 one-delay 估測器補償架構的追跡誤差圓滑，補償效果較 為傑出。圖 5-25 為 40%資料遺失率的實驗比較圖，此時 IME_1D+DPC 補償架 構在某些地方的誤差值有著劇烈的變化，這是因為錯誤補償產生的結果，但因為 設定了上限值，因此在這些地方的錯誤補償不會造成系統響應發散。

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圖 5-24 IME_1D+DPC 與 one-delay 於 20%資料遺失率追跡誤差比較實驗圖

圖 5-25 IME_1D+DPC 與 one-delay 於 40%資料遺失率追跡誤差比較實驗圖

除了單純設定防止系統響應發散的上限值外，為了達到更好的控制效果，將

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更進一步的調整 IME 切換的策略。其中的概念為自動切換 IME 補償區間，若條 件滿足式子 5-39，則將 IME 補償法則中的 LSE 降一階並重新運算直到條件不滿 足為止，而以此種策略進行補償的架構命名為 IME+DPC。

此時實驗結果如圖 5-26 顯示，IME+DPC 的補償架構明顯的降低了資料遺失的 影響，除了不會使系統響應發散外，IME+DPC 的補償能力此時也比 one-delay 估測器來的優秀。

將 IME+DPC 結合的補償方式應用於 Truetime 模擬環境中，網路以及控制 參數如前一章所述，模擬結果如圖 5-27 與圖 5-28。由圖可以看出，不管在資料 遺失率 20%或是資料遺失率 40%時，提出的 IME+DPC 的架構都能達到理想的補 償效果。

最後將 IME+DPC 與其它補償架構的比較結果整理於表 5.1 與表 5.2。

圖 5-26 IME+DPC 與 one-delay 於 40%資料遺失率追跡誤差比較實驗圖

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圖 5-27 IME+DPC 與 one-delay 於 20%資料遺失率追跡誤差比較模擬圖

圖 5-28 IME+DPC 與 one-delay 於 40%資料遺失率追跡誤差比較模擬圖

圖 5-29 IME+DPC 與 one-delay 於 60%資料遺失率追跡誤差比較模擬圖

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表 5.1 IME+DPC 與其他資料遺失補償架構之模擬結果比較

20%資料遺失率 40%資料遺失率 60%資料遺失率 one-delay 0.0104 0.0128 0.0154 IME unstable --- ---

IME_1 0.0082 0.0105 0.0147

IME+DPC 0.0088 0.0097 0.0149

表 5.2 IME+DPC 與其他資料遺失補償架構之實驗結果比較

20%資料遺失率 40%資料遺失率

one-delay 1214 6 1814 6

IME 10 unstable

IME_2 --- 24 8 5

IME_3 --- 158 1

IME+DPC --- 1622 1

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