网络控制实验平台

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1、网络控制实验平台简介：NCS中，网络的引入会出现网络延迟，会出现网络延迟、丢包问题和多通道传输的等，网络延迟分为：传感器至控制器时延和控制器至执行器延迟，其他部分都可以归于这两个部分中考虑，网络本身看，两部分时延的网络特性是一样的，都是不同节点间数据传输过程引入的不确定时延，但是从控制系统的运行过程和时延的影响机制来看是不同的。时延问题：考虑半网络控制系统的两种情况，若只有传感器至控制器之间相连，即系统只存在时延，而控制器至执行器不存在时延，且网络节点全时钟同步，则传感器至控制器时延可以测量。设，T为控制周期，同系统采样周期，控制器在经过收到传感器发出的

2、系统输出值。控制系统的离散状态空间模型为控制器至执行器不存在时延，则控制器可以明确知道执行器的控制输入量，则控制器就可对时间段内任意时刻的系统状态进行估计，求出最优控制量，并可以直接送往执行器驱动显然，若控制对象的模型是精确已知的，则控制器可以对控制对象的状态做近似估计，即是可以补偿的。而传感器与控制器之间不存在时延，也就是说，控制器可以精确得到任意时刻系统采样输出，却无法通过更新控制量来抵消时延的影响。这不仅仅是由于控制对象的模型不够精确，误差通过多次累积，容易造成模型失真，从而无法得到有效估计和优化控制量，而且更重要的是，由于的不确定，使得控制器不可

3、能知道当前输出量何时能够抵达执行器，也就是说，不可能计算出未来不确定时延之后系统的最优控制量。全相同的网络特性，但是可通过控制算法加以消除的，而却难以做到这一点。这也很容易理解。传感器至控制器时延是发生在控制器计算控制量之前的，既可以精确测量，也可以通过算法对其进行补偿，而控制器至执行器的时延是发生在控制器计算控制量之后的，即使能加以测量，测量值也是在控制量到达执行器之后才能得到。控制器要想对其进行补偿，一个显然的办法就是设法对进行预测。NCS中应用的网络多种多样，，如Internet（因特网）、Ethernet（以太网）、CAN（控制域网络）、Fiel

4、dBus（现场总线），WirelessNetwork（无线网络）以及Satellitenetwork（卫星网络）等。网络控制系统模型的建立：建立一个二阶系统作为系统的控制对象，状态方程：其中是系统的维状态向量，是维控制向量，是维输出响亮，A，B，C是满足运算的矩阵。对系统进行离散化后，系统的方程为：其中K为采样时刻，k={1,2,…,n},h为采样周期。利用TrueTimeKernel 构建控制器，执行器和传感器，干扰信号四个节点与网络一起构成网络控制系统的仿真模型。其中网络控制实验平台包含的那四个计算机上节点，都是由truetime关键模块表示的。1、

5、控制器任务是处理参考输入和传感器端发送的信息，并且发送结果到执行器节点。采用事件驱动的工作方式，当有来自传感器端的时间到达时，控制器开始工作，工作步骤：首先得到从网络得到的传感器端的输出，并把它与参考信息比较，得到他们的误差值，利用该值，通过控制段设计的系统控制策略，计算出控制量，并通过网络发送给执行结构，此实验平台中用的是线形控制器。控制器的结构如下：分为两部分，第一部分是一个线性控制器，一部分是一个TrueTimeKernel模块，在实验中线性控制器用来处理传感器的信息（Rcv端）TrueTimeKernel模块各个接口的功能为：接受端，A/D接口接

6、输入信息，控制器端没有甬道内部或者外部中断因此把interrupts端接地，2号RCV接口用来接受控制器处理后的输出量。在发送端由于用到D/A，MonitorsP接口,因此将他们的输出信号保存，rcv接口接受的信息经控制器处理后，由snd接口再发送给系统的网络模块，Schedule接口用来监控系统的资源分配情况。该模块用了3个truetime的库函数，ttgetmsg()和ttsendmsg(),他们的作用分别为Ttgetmsg():该函数是得到从网络传来的传感器的信息Ttsendmsg():发送信息给下一个节点，它带有三个参数，第一个是发送信息的对象（

7、节点标识），第二个是信息量，第三个可以省略。2.传感器时间驱动传感器节点定期的采样，并通过网络把采样信号发送给控制器节点，工作步骤：对受控对象进行周期采样，当系统开始工作后，每当到达系统的采样点，传感器就执行一次采样，然后对每一个受空对象的输出进行处理，并将处理后的受空对象的输出通过网络发给控制器。在实验中传感器的接口功能为：在接受端，A/D接受受控对象的输出信息，并把它转换为数字信息，发送给传感器处理，此时将interrupts接口和Rc接口接地，在发送端，传感器将通过Snd接口将信息经过网络传送到控制器，发送端由于用到D/A，MonitorsP接口,

8、因此将他们的输出信号保存，不做任何处理，Schedule接口用来监控系统的资源分