傳輸速率約束下網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能分析與解決方案初探.pdf

1、隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的不斷變革，推動著工業(yè)控制領(lǐng)域朝著系統(tǒng)集成化、控制分散化、節(jié)點智能化、結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，分布式工廠控制與管理的格局已逐步形成。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)以其開放性與分布性的特點，正成為當前控制領(lǐng)域研究的熱點問題，也是今后控制結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向之一。 以往為了方便研究，通常在通信領(lǐng)域與控制領(lǐng)域中分別獨立開展網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究。然而，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模日益擴大、復雜程度不斷提高，傳感器、控制器、執(zhí)行器等控制器件的數(shù)目不斷

2、增長，共享網(wǎng)絡(luò)資源卻又相對有限，致使數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生擁塞、碰撞、丟包等現(xiàn)象的概率大大增加，由此，控制系統(tǒng)的性能有可能變差。面對這一挑戰(zhàn)，有必要在通信網(wǎng)絡(luò)約束下對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進行分析和研究，探索傳輸速率、帶寬等通信參量對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的影響，相關(guān)研究對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的進一步發(fā)展有著重大意義。 本文在基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)延時分析與研究的基礎(chǔ)上，進一步探究傳輸速率約束下網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計的途徑和方法，結(jié)合利用已有仿真工具箱和自主開發(fā)的網(wǎng)

3、絡(luò)控制系統(tǒng)實時仿真平臺進行仿真分析和驗證。本文具體從以下幾個方面開展了工作： ●在性能分析方面，針對傳輸速率約束下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，分別研究了傳輸速率與網(wǎng)絡(luò)誘導延時的關(guān)系、傳輸速率與網(wǎng)絡(luò)控制性能的關(guān)系，利用仿真工具箱搭建了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)數(shù)值仿真模型，對三種常見的控制網(wǎng)絡(luò)進行了仿真，分析傳輸速率、延時與控制性能三者的關(guān)系，同時提出了性能下降轉(zhuǎn)折點的概念并驗證其存在。 ●在解決方案方面，從調(diào)度策略和控制策略兩個角度分別入手，研究

4、了提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制性能的方法。調(diào)度策略方面，采用了RM靜態(tài)調(diào)度算法與EDF動態(tài)調(diào)度算法，利用仿真工具箱進行了三回路的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真，使復雜網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制性能得到了改善?？刂撇呗苑矫?，提出了單神經(jīng)元PID控制與Smith控制器相結(jié)合的方法，以進一步提高控制性能，并驗證了其在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計中的有效性。 ●為了進一步驗證相關(guān)研究成果并為以后的實際應(yīng)用打下基礎(chǔ)，本文利用Matlab與VC++混合編程方法，以及WinSocke