網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCS)是指以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)封閉的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)、通信和自動(dòng)控制等多方面技術(shù)，具有可靠性高、系統(tǒng)連線少、抗干擾能力強(qiáng)、通信協(xié)議開(kāi)放等眾多優(yōu)點(diǎn)。但是，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中暴露出許多問(wèn)題，包括網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)安全等問(wèn)題。針對(duì)其中的時(shí)延和丟包問(wèn)題，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究： 1.介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程、概念和特點(diǎn)，從多個(gè)方面綜述了當(dāng)前的研究發(fā)展，分析了其在理論研究和實(shí)際應(yīng)用中尚存

2、的問(wèn)題。 2.結(jié)合具體的以太網(wǎng)協(xié)議，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包兩大網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行了分析，包括兩者的產(chǎn)生原因、組成和表現(xiàn)規(guī)律。通過(guò)理論分析和仿真研究，給出了時(shí)延和丟包對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響特性。 3.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包兩大問(wèn)題，基于動(dòng)態(tài)矩陣控制算法(DMC)，提出適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的改進(jìn)算法——基于實(shí)測(cè)時(shí)延的DMC算法。在改進(jìn)算法中，充分利用DMC算法中冗余的預(yù)測(cè)輸出序列和控制增量序列，在控制數(shù)據(jù)由于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包而無(wú)法及時(shí)到達(dá)執(zhí)行

3、器時(shí)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包的補(bǔ)償，避免出現(xiàn)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)在接收不到新數(shù)據(jù)時(shí)不動(dòng)作的情況；同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)時(shí)延，在到達(dá)執(zhí)行器的控制增量序列中選擇適當(dāng)?shù)脑隽恐?，?shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制的無(wú)擾動(dòng)切換，從而使系統(tǒng)在大時(shí)延影響下仍能保持較好的控制效果。在Matlab仿真環(huán)境中，結(jié)合具體的對(duì)象模型，進(jìn)行了該算法的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 4.針對(duì)研究中實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的缺乏，本文先后設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了基于以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)仿真軟件和運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(E