河北化工医药职业技术学院毕业论文河北化工医药职业技术学院毕业论文PAGE-4-PAGE-3-第1章引言控制、计算机和网络通信是目前世界上三大热门的研究与应用领域,网络控制系统(NetworkedControlSystem,简称NCS)是这三种技术结合的成果,NCS给控制系统带来了崭新的一面,并且被迅速的应用到工业生产中。网络控制系统的研究主要分为控制和网络两部分,控制衡量的是系统的网络控制质量,例如动态和稳态特性；网络衡量的是系统的网络服务质量,诸如调度,网络利用率,网络诱导延时等。通常研究NCS的方法是依据经典的控制理论,协同考虑网络对控制性能的影响。研究网络控制系统的性能,控制器的设计以及仿真研究。实现NCS中控制与网络的协同设计,以实现NCS系统优化,并仿真验证了可行性。首先介绍网络控制系统中的常见的研究问题,例如,控制器的设计、调度,控制与网络的协同设计,时延,数据包错乱,丢失等,它们是影响网络控制系统性能的因素,了解和解决这些问题是保证网络控制系统性能的关键。然后,针对上面提到的网络控制系统中常见的研究问题,重点对控制器的设计进行了研究。根据经典的控制理论,闭环极点和控制系统的控制质量存在关系,作者给出了基于根轨迹的极点配置设计控制器的方法,并且通过MATLAB相关工具箱进行仿真验证,仿真结果表明控制器完全满足控制对象的要求。最后,针对网络控制系统中的调度问题,以及控制与网络的协同设计问题。1引言随着计算机技术、网络通信技术和控制科学的日益发展与交叉渗透，控制系统的结构变得越来越复杂，空间分布越来越广，对系统控制性能的要求也越来越高。将计算机网络系统应用于控制系统中代替传统的点对点式的连线，使得众多的传感器、执行器和控制器等主要功能部件通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了彼此间专线的敷设，可有效减少系统的重量和体积，方便系统的安装与维护，提高系统的诊断能力，并可实现资源共享、远程操作和控制。这种传感器、控制器、执行器等通过实时网络构成的闭环反馈控制系统称为网络控制系统，是目前控制科学与飞速发展的计算机网络、通信技术相结合的产物。关于网络控制系统的研究可以追溯到20世纪中后期，集成通信控制系统（IntegratedCommunicationandControlSystems，ICCS）早期研究工作已经开始，ICCS可以看作是现在网络控制系统的雏形。网络控制系统（NetworkedControlSystems，NCS）最早出现于Walsh[1]的论著中，当时只是用图示方法说明了网络控制系统的结构，未给出明确的定义。顾洪军等[2]给出了如下的定义：利用通信网络实现地域上分布的现场传感器、控制器及执行器之间的信息相互交换，以达到被控对象的实时反馈控制，这样的一类控制系统称为网络控制系统。NCS强调在通信网络上建立闭环控制回路，因此NCS中的网络是一个广义的范畴，包括现场总线、工业以太网、无线通信网络，甚至因特网。NCS最主要的结构特点是系统的反馈通过网络构成闭环。2存在的问题NCS通常有两种理解：①网络控制（ControlofNetwork），网络数据流量等的调度与控制[3]，这是对网络自身的控制，可以利用运筹学和控制理论等方法来实现；②通过网络传输信息的控制系统（ControlthroughNetwork），指控制系统各节点（传感器、控制器和执行器）之间的数据通过网络来传输，系统为分布式控制系统，通过建立数学模型，用控制理论等方法进行研究[4-6]。这两种系统都离不开控制和网络，只是侧重点不同。近10年来，网络控制问题受到国际控制理论界和计算机科学界的广泛关注。目前，很多复杂的控制系统如无线网络机器人、运输工具、远程遥控操作、基于Internet的远程教学和实验、远程医疗、制造业设备、兵器系统，以及现场总线（Fieldbus）和工业以太网（IndustrialEthernet）技术等，本质上都可归结为基于网络的控制系统。此外，NCS在航空航天领域以及复杂、危险的工业控制领域也具有广阔的应用前景。随着NCS在工业中广泛应用，已成为国际控制理论界的一个学术热点问题。2.1网络诱导时延NCS是通过网络形成的反馈控制系统。该类系统中，被控对象与控制器以及控制器与执行器之间是通过共享的通信网络相互连接的。这种网络化的控制模式具有信息资源共享、连接线数少、易于扩展、易于维护、高效率、高可靠性及灵活性等优点，是未来控制系统的发展模式。尽管NCS与传统控制系统相比有许多优点，但由于网络的介入，信息在通信网络传输过程中出现一些不同的特点，因此在网络控制系统中存在一些不同于传统控制系统的基本问题，如节点的驱动方式、数据采样、网络诱导时延、单包及多包传输、数据包的丢失及时序