文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
基于IP的网络控制系统建模与控制器设计
姓名:陈鹏
申请学位级别:硕士
专业:模式识别与智能系统
指导教师:戴连奎
20050301
浙江人学硕士学位论文
摘要
网络控制系统是将传感器、执行器和
控制器使用公共的通信总线连接的分布式控制系统,是网络通信技术与控制技术
相结合的产物,由于其成本低廉、易于维护而在近年来得到了广泛关注。然而,
从点对点到使用公用的通信总线,这种通信方式的改变在控制系统中引入了不同
形式的时延。由于网络时延的存在,使得控制系统的动态性能变差,稳定性降低,
给网络控制系统的分析和设计带来了困难。
本文具体包括以下几方面的内容
通过阅读总结大量的中英文文献,对系统中建模方法、稳定性
分析以及控制策略设计和应用作了较为系统的阐述。
借鉴队列模型,对中的通信环节进行动态建模,针对基于网
络的系统提出了一个直接描述其它数据流对控制系统性能影响
的动态模型。在网络环节动态模型的基础上,通过一个控制器的
设计,来研究中采样数据滞后和丢失对控制品质的影响。
针对基于网络的系统中,各节点时钟难以同步,回路中时延
远大于采样周期且变化的范围很大的特点,引入网络回程时间对卜全
回路网络控制系统的回路时延进行实时估计,并设计了动态自适应
补偿控制器对不定时延和丢包进行补偿,通过仿真验证了使用
该方法控制品质和鲁棒性均好于常用的确定性队列缓冲方法和传统
方法。
关键词网络控制系统,动态模型,网络,网络回程时间,补偿器
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浙江大学硕士学位论文
致谢
值此论文完成之际,我首先对导师戴连奎教授表示深深的谢意在近三年的
时间里,不论在生活上、学习上、还是科研上,他都给予了我悉心的关怀和指导,
为我提供了一个宽松、和谐的研究环境,引导我在科研工作中一步步前进。我所
取得的每一个细小的进步和成绩,无不是戴老师悉心教导的结果。戴老师勤奋敬
业、思维敏捷、治学严谨、乐观豁达,给我留下了深刻的印象,在工作和生活中
为我树立了良好的榜样。在此表示最诚挚的敬意和感谢
同时衷心的感谢智能所的其他老师在我的工作学习各方面给予我的帮助和
启迪。尤其要感谢吴铁军教授,吴教授对待学生和蔼可亲,考虑问题既全面又不
失独创性,言语之中充满了睿智,令人如沐春风,令我非常钦佩和敬仰。
在攻读研究生的过程中,实验室的吴晓莉、徐伟强、方俊、纪竹亮、乐斌、
姚肖刚以及郑旦师傅给予了我极大的支持和帮助,在此对他们表示诚挚的谢意。
感谢覃旭松、贾国隽、吴进军以及卢帅同学,与他们相处的时间里充满了快
乐。
衷心感谢我的父母和亲人,他们这些年在背后默默的无私支持,给了我求学
路上不断前进的动力。
最后感谢一切关心和爱护我的人,祝他们一生平安。
陈鹏
二零零五年二月于求是园
浙江人学硕士学位论文
第一章网络控制系统研究综述
摘要本章系统地介绍了网络控制系统出现的背景和研究内容。主要从控制理论的角度总
结了网络控制系统的研究现状,介绍了网络时延、网络控制系统的建模、设计与分析等土要
方面的研究工作分析了它们各自的优缺点并就本文的工作和结构做了一些简述。
关键词控制系统,计算机网络,现场总线,时延
引言
将网络技术引入传统的控制应用中来构建基于通计算机通信络的控制
系统是当今控制领域发展的一个重要趋势。随着因特网与现场总线的兴起,现在
企业网络系统结构已呈现分层多级互联的新趋势,大大地增强了信息的集成度
但目前对网络控制系统的理论研究,远远落后于网络控制系统〔
的实际应用。现场总线和工业以太网实现了现场设备的互连,促
进了网络控制系统真正的产生。是控制回路通过实时网络形成闭环的反馈控
制系统,是计算机控制系统的更高形式,其主要优点在于布线方便、维护容易、
可靠性高、可互换性强、能够实现资源共享。基于网络的控制系统结构提供了先
进控制新的实现手段,使全局优化、远程监控、远程诊断等成为现实。但引入网
络带来的系统中各节点争夺共用的通信介质而造成的络时延、丢包和乱序,给
网络控制系统的分析和设计带来了困难。
目前国内外对网络控制系统分析与设计的相关研究基本集中在控制回路中
的网络诱导时延问题上,大多假设研究对象为
线性定常系统,并采用常规的反馈控