無線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸特性研究.pdf

1、關于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的研究開始于20世紀末，因在數(shù)據(jù)傳輸上采用了通信資源共享的手段而節(jié)省大量布線電纜，方便了系統(tǒng)的檢測、維修和維護，剛剛興起的無線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)不僅繼承了這一優(yōu)點，還從根本上解決了一些特殊場合(高速旋轉的設備、海洋工程中或是經(jīng)常需要維修改造的場合)不便于線纜鋪設的問題，使系統(tǒng)具有更高的靈活性，安裝、維護、診斷更為便捷的優(yōu)點，成為控制領域的研究熱點之一。然而，無線通信網(wǎng)絡容易受到電磁干擾，本身具有較小的帶寬、射頻通信的多跳性、無

2、線通信信道數(shù)量和容量有限等特點，使無線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的性能更容易受到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，控制系統(tǒng)的分析和設計也變得更為復雜。目前，這些問題正困擾著廣大研究人員和工程技術人員，并且限制了無線通信技術在控制系統(tǒng)中的應用。 本文以無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸在控制系統(tǒng)中的應用為研究對象，針對控制過程中存在的數(shù)據(jù)傳輸延時和數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，從通信和控制兩個方面展開研究，著眼于提高系統(tǒng)的控制性能，以滿足工程應用的要求。因無線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是集控制技術、網(wǎng)絡技

3、術、射頻通信技術和計算機技術為一體的多學科、多領域的復雜控制系統(tǒng)，所以本文僅從如下幾個方面作了研究： 1、從無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸機理入手，對造成無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸延時和數(shù)據(jù)丟失的原因進行了分析，得出無線網(wǎng)絡的工作環(huán)境和多址通信協(xié)議是影響數(shù)據(jù)傳輸特性的主要影響因素的結論，從控制角度出發(fā)提出了一種混合輪詢通信協(xié)議以改善多址數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)包錯序和數(shù)據(jù)超長延時的問題，針對網(wǎng)絡協(xié)議的多樣性和工作環(huán)境的復雜性提出了控制網(wǎng)絡性能評價的三種方法

4、：數(shù)據(jù)延時評價法、數(shù)據(jù)包丟失評價法和時間信息流法，用以選用合適的網(wǎng)絡協(xié)議和優(yōu)化網(wǎng)絡參數(shù)。 2、針對數(shù)據(jù)傳輸延時和數(shù)據(jù)丟失這兩種現(xiàn)象建立了控制系統(tǒng)模型，并分析了這兩種現(xiàn)象對控制系統(tǒng)性能的影響。采用了基于延時的隨機最優(yōu)控制算法對具有數(shù)據(jù)傳輸延時的控制系統(tǒng)性能進行改善，并給出隨機延時最優(yōu)控制離線算法以適應現(xiàn)場控制器計算量小的情況；通過對基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嚯姍C控制系統(tǒng)模型分析，采用預測控制方法來實現(xiàn)通信故障或數(shù)據(jù)丟失時的控制，并能夠實

5、現(xiàn)在通信故障時的容錯控制。 3、利用LabVIEW軟件建立網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸特性實驗平臺，給出網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸特性測試的實驗方法，對目前常用的一些通信協(xié)議進行了實驗測試。對基于ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸特性進行了分析，并在實際工作場合進行了傳輸特性測試實驗，測得數(shù)據(jù)傳輸延時特性符合正態(tài)分布其均值約為50ms，數(shù)據(jù)丟失在3％以內(nèi)。 4、設計了多節(jié)點控制系統(tǒng)的模擬工作平臺，并在其上完成了基于ZigBee協(xié)議的無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙?jié)