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具有数据包丢失和延时的网络控制研究

作 者: 彭伟
导 师: 马永光
学 校: 华北电力大学
专 业: 系统工程
关键词: 网络时延 数据丢包 状态反馈 动态输出反馈 TrueTime工具箱
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 46次
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内容摘要


随着控制技术、计算机技术、电子技术和网络技术的飞速发展,近年来,网络控制系统(NCS)受到越来越广泛的关注,已经成为控制系统的一个发展趋势。与传统的控制系统相比,网络控制系统具有信息资源共享、占用空间小、实现成本低、易于扩展与维护、灵活性高、能够实现远程控制等优点。但是网络的引入,不免带来了各种问题,比如网络诱导时延、数据包丢失、时序错乱等问题,因此,对网络控制系统有待于进一步深入的研究。本文针对网络控制系统的发展及研究现状进行了详细的归纳与研究,并且具体分析了网络控制系统中存在的基本问题,例如网络诱导时延、节点驱动方式、数据包时序错乱、数据包丢失等;针对网络控制系统中网络诱导时延这个问题进行了细致的分析,并且分别对具有定长时延和时变时延的网络进行了稳定性分析;针对具有时延和丢包的网络控制系统建立了数学模型,将其转换为异步动态系统,并且给出了丢包率与系统稳定性的关系,分别给出了状态反馈动态输出反馈的NCS指数稳定性条件;详细介绍了仿真工具TrueTime工具箱的使用,并且利用此工具箱对网络控制系统进行仿真,分别分析了网络诱导时延和数据包丢失对网络控制系统中的控制性能影响。最后,对网络控制系统发展前景进行了展望,并指出今后有待进一步研究的问题。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 选题的背景及意义  9-11
  1.2 网络控制系统的发展概述  11-14
    1.2.1 集散控制系统  11-12
    1.2.2 现场总线控制系统  12-14
    1.2.3 基于工业以太网的控制系统  14
  1.3 网络控制系统的研究现状  14-17
    1.3.1 系统分析与建模  14-15
    1.3.2 稳定性分析  15
    1.3.3 控制器设计  15
    1.3.4 网络时延的分析和补偿  15-16
    1.3.5 采样时间调度方法  16-17
    1.3.6 NCS 的时钟同步  17
  1.4 本文工作  17-18
第2章 网络控制系统中的基本问题  18-22
  2.1 网络诱导时延  18
  2.2 数据包丢失  18-19
  2.3 节点驱动方式  19
  2.4 单包传输和多包传输  19-20
  2.5 数据包时序错乱  20
  2.6 共享资源的优化调度  20
  2.7 通信中媒体类型及通信协议  20-21
  2.8 本章小结  21-22
第3章 网络控制系统中的时延特性分析及其建模  22-31
  3.1 网络时延产生的原因  22
  3.2 网络控制系统中时延的组成  22-23
  3.3 不同驱动方式的网络控制系统建模  23-27
    3.3.1 驱动方式1 的对象模型  24-25
    3.3.2 驱动方式2 的对象模型  25
    3.3.3 驱动方式3 的对象模型  25
    3.3.4 驱动方式4 的对象模型  25-27
  3.4 时延与采样周期和控制器参数的关系  27-28
  3.5 具有时延的网络控制系统稳定性分析  28-29
  3.6 仿真实例  29-30
  3.7 本章小结  30-31
第4章 网络控制系统中的网络丢包分析与控制  31-46
  4.1 数据丢包特性的分析  31-32
  4.2 丢包率与网络控制系统稳定性的关系  32
  4.3 具有丢包和时延的网络系统模型描述  32-33
  4.4 状态反馈NCS 模型的建立  33-40
    4.4.1 状态反馈NCS 指数稳定性分析  35-39
    4.4.2 仿真实例  39-40
  4.5 动态输出反馈NCS 模型的建立  40-45
    4.5.1 动态输出反馈NCS 指数稳定性分析  41-44
    4.5.2 仿真实例  44-45
  4.6 本章小结  45-46
第5章 网络控制系统仿真  46-54
  5.1 True Time 工具箱  46
  5.2 True Time 工具箱的结构及功能  46-49
  5.3 仿真流程  49-51
  5.4 时延和丢包对系统影响的仿真  51-53
  5.5 本章小结  53-54
第6章 结论与展望  54-55
参考文献  55-58
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  58-59
致谢  59-60
详细摘要  60-68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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