网络控制系统动态特性建模、仿真和分析

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1、硕士论文网络控制系统动态特性建模、仿真和分析Y624073摘要网络控制系统和传统的控制系统相比具有连线少、维护方便、可靠性高等特点，在现代工业中正得到越来越广的应用。由于网络的BI入，控制系统因为延时的不确定性变得非常复杂。本文以网络延时分析和建模为切入点，研究网络控制系统动态特性。论文在分析以太网、令牌网和CAN网性能和延时特性的基础上，通过使用网络仿真器(NS2)，提出了以转移概率矩阵描述网络中数据的阻塞时间的方法，将一类网络控制系统等价成离散时间跳变系统，并使用离散时间跳变系统稳定性分析方法分析了网络控制系统的稳定性。关键词：网络控

2、制系统，网络仿真器，转移概率矩阵，离散时间跳变系统塑主笙苎堕些塑型墨竺垫查鳖丝塞塑：里型!!盟ABSTRACTComparingwithcommoncontrolsystems，networkedcontrolsystems(NCSs)requirelesswireandmaintenance，andtheyareappliedinmodemindustrymoreandmore．IntroductionofnetworkintoNCSsmakesdelaysrandominthenetwork．Inordertosolvetheprob

3、lem，weanalyzethecharacteristicsofnetworks(Ethemet，ControlNetandDeviceNet)，basedonwhichwedescribejumpofdelaysbytransitionprobabilitymatrix，whichisneededinstudyingdiscrete—timejumpsystems，anddiscussthestabilityofnetworkedcontrolsystemsbythemethodofstabilityanalysisindiscret

4、e—timejumpsystems．Keywords：networkedCOnLFOisysterns，networksimulator，transitionprobabilitymattiX．diSCVO．tE—timejumping。system硕士论文网络控制系统动态特性建模、仿真和分析1绪论1．1论文研究背景控制环路通过实时网络的反馈控制系统是网络控制系统(NetworkedControlSystems，简写为NCSs)fill21,它是目前控制科学和飞速发展的计算机网络、通讯技术相结合的产物。网络控制的生命力在于它能减少复杂的物

5、理连接、低成本、易于诊断和维护并具有良好的机动性。近十年来，网络控制问题得到了国际控制和计算机科学界越来越多的关注。由于网络中信息流传输的复杂性，网络作为闭环反馈控制的一部分和被控对象组成的闭环系统是一变时延的不确定的复杂非线性系统，对这类系统的建模和分析一直是困扰人们的难题。控制系统中网络的加入，使得从传感器到控制器或从控制器到执行机构(被控对象)之问的数据传输带来额外的延时。我们将控制系统中由于数据在网络中传输而引起的延时称为网络诱导延时。网络控制系统中选用的网络介质可以多种多样，不同类型的网络使用不同通信协议，而这些都会影响网络诱导

6、延时，具体表现为网络诱导延时的随机性。目前，对网络控制系统的研究有三个主流，⋯个是在给定网络条件下，考虑数据包的延时和丢失，设计控制策略，其目标是减少网络诱导延时对控制系统的影响，保证系统性能；第二是网络调度，不同的对象对实时性的要求也会不同，网络调度就是根据网络控制系统中的节点对实时性的不同要求对网络中传递的数据进行调度，使其尽量满足对象的要求；第三，网络延时和网络控制系统的建模，这类方法是找到一种合适的描述网络诱导延时随机性的途径，从而给网络控制系统的研究、建模带来方便，这也是本文研究的主要内容。1．2网络控制系统概述传统意义上研究的

7、控制系统是点对点连接的，如图1．2．I，也就是说，控制器和被控对象之间的连接采用专线。Yk图1．2．1点对点控制系统结构框图网络控制系统中，传感器、控制器、执行器等都通过共用的通讯介质如总线相连，各部分之间可以实现点对点的对等通讯。由于网络控制属于一种彻底的分布式控制结构，因此具有系统联机少、可靠性高、易于扩展以及信息资源共享等特点。硕士论文网络控制系统动态特性建模、仿真和分析网络控制系统的特点是信息(参考输入、对象输出和控制输入等)在控制系统各部件间(传感器、控制器和执行器等)通过网络进行交换。网络控制系统可分为远程和局域网控制系统，远

8、程网络控制系统的主要优点是便于实现遥操作、遥医学、远程教学和试验，典型的应用包括基于天际网络空间实验室遥操作机器人、远程外科手术等；局域网络控制系统典型应用包括网络家电、蓝牙技术、办公系统和计