網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究及實驗平臺建設(shè).pdf

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

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

3、器時進行開環(huán)控制，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)時延和數(shù)據(jù)丟包的補償，避免出現(xiàn)執(zhí)行器節(jié)點在接收不到新數(shù)據(jù)時不動作的情況；同時根據(jù)實測時延，在到達執(zhí)行器的控制增量序列中選擇適當?shù)脑隽恐担瑢崿F(xiàn)開環(huán)與閉環(huán)控制的無擾動切換，從而使系統(tǒng)在大時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)合具體的對象模型，進行了該算法的仿真實驗驗證。 4.針對研究中實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實驗平臺的缺乏，本文先后設(shè)計并開發(fā)了基于以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)仿真軟件和運動控制實驗平臺(E