網絡控制系統的控制器與通信協議的研究與設計.pdf

1、網絡控制系統(Networked Control Systems,NCS)是指基于網絡的自動控制系統,它是自動控制與通信技術結合的產物。網絡控制系統中的網絡是指工業(yè)控制網絡?？刂凭W絡帶來了自控系統可靠性、經濟性、安裝維護性和系統集成性,但同時也給NCS帶來了諸如網絡誘導時延等不利因素,成為控制系統設計的難點,使NCS的分析和設計復雜化,給NCS的應用帶來了新的不利影響。
　　 根據控制網絡的特點,設計NCS控制器是NCS研究的一

2、個基本問題:而設計滿足一定性能要求的網絡通信協議是NCS研究的另一個基本問題。本文從這兩個方面開展工作。一方面是根據控制網絡設計NCS的控制器算法。將現有工業(yè)網絡分為確定性和不確定性兩類,分別分析其系統特點,設計控制算法:另一方面,從工業(yè)網絡的協議設計入手,介紹基于工業(yè)串行通信的現場總線的協議設計過程和評價指標,并介紹了基于TCP/IP的工業(yè)以太網通信協議的設計過程和評價指標。主要內容如下:
　　 (1)對于確定性的NCS,研究

3、了NCS的時延關系.提出了等效采樣方法,給出時延與穩(wěn)定性之間關系,介紹了確定性的NCS控制器設計方法和設計過程,并給出仿真實例。對于不確定性的NCS,本章對相關研究成果進行了總結,研究了非確定性的NCS的時延關系、系統模型、穩(wěn)定條件和控制器設計方法和設計過程。
　　 研究了NCS的模糊PID的設計過程,當網絡誘導的延時發(fā)生變化時,智能控制比單純PID控制具有更好的魯棒性:對于長延時的網絡控制系統,本文研究了NCS的Smith預估

4、PID控制器的設計。
　　 (2)研究了三種不同總線控制方式下的現場總線通信協議設計的方法和過程。在理論設計的基礎上,進行了不同總線控制方式下的現場總線通信實驗。在簡化的通信協議基礎上,進行了性能分析和比較。
　　 (3)分別研究了基于TCP/IP模型和基于UDP/IP模型的工業(yè)以太網通信協議的設計過程,并提出了工業(yè)網絡性能的評價指標。在理論設計的基礎上,進行了模擬實驗,測試了網絡實時性能。
　　 (4)研究了硬

5、件在線仿真平臺的構建,提出了理論與硬件在線仿真相結合的設計方法,即用平均時延對系統進行理論設計,再在硬件在線仿真平臺上進行仿真和參數選擇。
　　 (5)智能傳感器的設計是網絡控制系統設計的重要內容。在工業(yè)以太網TCP/IP模型中,基于復用和跨層技術,研究了智能傳感器的硬件和軟件設計的過程。
　　 (6)研究了多層網絡間的數據關系,定義了數據關系的概念,提出了多層網絡自上而下和自下而上兩種數據傳輸方向上的數據對應關系,并對