PROFINET網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)隨機時延補償研究.pdf

1、工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展引發(fā)了對大數(shù)據(jù)傳輸、遠程控制和分布式設(shè)備通信的大量需求，使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCS)成為當(dāng)今研究的重點問題。然而網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在帶來資源共享、維修成本降低、使用靈活等優(yōu)點的同時，也不可避免的存在時間延遲及數(shù)據(jù)包丟失等問題，這在一定程度上嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)性能，使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析更加復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制算法不能直接應(yīng)用到NCS的設(shè)計中去。因此本文提出降低時延對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不利影響的控制算法，具有重大的實際應(yīng)用價值。

2、
　　首先，本文針對PROFINET網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時延特性進行了研究，分別分析了不同參數(shù)下的前向時延和反饋時延對系統(tǒng)實時性和穩(wěn)定性的影響，并指出了網(wǎng)絡(luò)時延產(chǎn)生負(fù)面影響的原因。利用Matlab/TrueTime仿真軟件模擬實際網(wǎng)絡(luò)模塊和節(jié)點，對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、節(jié)點驅(qū)動方式和干擾占用網(wǎng)絡(luò)帶寬率等時延的影響因素進行研究。通過仿真實驗分析不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下的NCS特點和性能，以及不同節(jié)點驅(qū)動方式的工作原理，最后介紹了PROFINET網(wǎng)絡(luò)的通訊結(jié)構(gòu)

3、及隨機時延概率分布。
　　其次，本文針對隨機時延設(shè)計了PROFINET網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器和Smith預(yù)估器，并作出了相應(yīng)的理論分析。通過在NCS仿真模型中搭建不同控制器對單個被控對象進行對比實驗，觀察不同控制算法對于隨機時延的補償效果。通過改變被控對象的模型參數(shù)，驗證了Smith預(yù)估器對被控對象模型的準(zhǔn)確性具有較強的依賴性。為了進一步提高了算法魯棒性，本文基于傳統(tǒng)Smith預(yù)估器，引入開環(huán)增益的模糊自整定環(huán)節(jié)，提出了PROFIN

4、ET網(wǎng)絡(luò) Fuzzy-Smith時延補償算法。針對多個被控對象的系統(tǒng)進行控制算法的對比實驗，驗證了Fuzzy-Smith算法能夠減小時延影響并提高同步控制系統(tǒng)性能。
　　再次，本文詳細(xì)介紹了基于PROFINET網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)實驗平臺的搭建過程。利用基于RTW/xPC原理的NI半實物仿真實驗系統(tǒng)成功模擬了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的被控對象，使用多個PLC S7-300通過PROFIENT網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，并利用WinCC軟件實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時監(jiān)視。