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基于IP的网络控制系统时延计算及应用研究

作　者: 潘中英
导　师: 王中杰
学　校: 同济大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 网络控制系统全双工交换式以太网网络演算基于类的加权轮询策略数字PID
分类号: TN915.07
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 214次
引　用: 2次
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内容摘要

网络控制系统是指控制回路通过网络进行闭合的反馈控制系统。同传统的控制系统相比，具有以下优点：系统覆盖面广、成本低、安装维护简单、灵活性高、便于进行故障诊断、远程操作与控制和资源共享等特点。但由于网络的引进，给控制系统的信息传输带来了延迟、信息丢失等问题。这些问题的存在将降低控制系统的性能，甚至使控制系统不稳定。本文着重研究了在全双工交换式以太网的模型下，控制网络中信息传输最大时延的计算以及控制器的设计。在全双工交换式以太网的模型下，网关处排队的等待时延是NCS中延时的关键因素，通过将QoS引入网络控制系统，可以对等待时延进行约束。应用网络演算的方法计算网关处的最大时延，本文在总结已有的一些排队策略上提出一种基于类的加权轮询策略，并推导出最大的时延计算公式。目前，大部分的控制系统均为计算机控制系统，采样周期的大小必然与网络负载和延时存在一定的关系。采用NS2软件仿真测试一个星型网络拓扑结构下的采样周期与延时的关系。通过网络演算的方法计算出信息在网络中传输的最大时延，并对NCS离散化建模，设计数字PID控制器。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 引言  11
  1.2 网络控制系统的定义  11-12
  1.3 网络控制系统的发展  12-14
  1.4 以太网用于工业现场的关键技术  14-15
  1.5 QoS在NCS中的应用  15-17
  1.6 网络时延分析  17
  1.7 本文的主要工作  17-18
第2章 NCS 网络模型  18-26
  2.1 NCS网络交换模型  18
  2.2 NCS协议传输模式  18-19
  2.3 NCS拓扑结构  19-20
  2.4 NCS数据特点  20-21
  2.5 拥塞管理技术  21-26
第3章基于网络演算的时延计算  26-40
  3.1 网络演算的前提条件  26-27
  3.2 网络演算的一些基本概念  27-29
  3.3 应用网络演算计算服务曲线  29-34
    3.3.1 PQ策略的服务曲线  29-31
    3.3.2 加权轮询策略的服务曲线  31-32
    3.3.3 基于类的加权轮询调度策略的服务曲线  32-34
  3.4 基于网络演算的等待时延的计算  34-37
    3.4.1 最大等待时延的计算公式  34-35
    3.4.2 基于类的WRR策略最大等待时延的计算  35
    3.4.3 基于类的WRR策略与PQ策略的比较  35-37
  3.5 NCS网络中的最大延时的确定性  37-38
  3.6 实例计算  38-40
第4章 NCS延时的仿真测试  40-46
  4.1 仿真场景的建立  40-41
    4.1.1 网络结构与传输模型  40-41
    4.1.2 仿真负载特性  41
  4.2 网络仿真与分析  41-46
    4.2.1 空载情况  41-43
    4.2.2 有拥塞的情况  43-46
第5章基于最大时延的NCS PID控制器设计  46-58
  5.1 NCS假设与模型  46-47
    5.1.1 NCS基本假设  46-47
    5.1.2 系统连续模型  47
  5.2 控制器设计方法  47-52
    5.2.1 延迟整形技术  47-48
    5.2.2 随机最优控制技术  48-49
    5.2.3 增广确定控制技术  49-50
    5.2.4 基于QoS控制技术  50-51
    5.2.5 鲁棒控制技术  51-52
    5.2.6 其他控制器技术  52
  5.3 数字PID控制  52-55
    5.3.1 系统模型  52-54
    5.3.2 控制器设计  54-55
  5.4 实例仿真  55-58
第6章结论与展望  58-59
  6.1 结论  58
  6.2 进一步工作的方向  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  63

基于IP的网络控制系统时延计算及应用研究

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