网络控制系统与应用2课件

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1、网络控制系统与应用8/30/20211信息学院自动化所网络控制系统与应用一、绪论二、网络与数据通信技术三、实时控制网络四、网络与控制性能分析五、网络控制系统调度方法六、网络控制系统常规控制器的设计七、网络控制系统先进控制规律的设计八、网络控制实验系统8/30/20212信息学院自动化所一、绪论1.1网络控制系统基本概念1、常规控制系统结构控制器被控对象+_r(t)e(t)u(t)y(t)执行器传感器图1（a）8/30/20213信息学院自动化所图1（b）控制器被控对象+_r(k)e(k)u(k)y(t)

2、执行器传感器D/AA/Du(t)y(k)计算机控制对象8/30/20214信息学院自动化所控制器被控对象+_r(k)e(k)u(k)y(t)接收器+执行器发送器+传感器图2（a）输入通道延迟反馈通道延迟接收器：通讯控制器，D/A发送器：通讯控制器，A/Du(t)y(k)网络通道2、网络控制系统结构8/30/20215信息学院自动化所r(k)T执行器被控对象传感器控制器网络通道图2（b）--反馈通道时延--输入通道时延8/30/20216信息学院自动化所3、网络控制系统定义通过网络形成闭环的反馈控制系统，

3、称为网络控制系统（NCS:NetworkedControlSystem），即控制系统中的控制器、传感器和执行器通过网络来交换控制及传感等信息。分布式系统（DCS）、工业现场总线系统（FCS）、工业以太网（Ethernet）都属于网络控制系统的范畴。NCS体现了控制系统向网络化、集成化、分布化以及节点智能化的方向发展趋势，在工业控制、运动体控制、楼宇自动化等领域得到了广泛的应用。8/30/20217信息学院自动化所图3(a)直接结构的网络控制系统4、网络控制系统抽象结构8/30/20218信息学院自动化所

4、图3(b)分层结构的网络控制系统8/30/20219信息学院自动化所5、网络控制系统特点(1)结构网络化：NCS最显著的特点体现在网络体系结构上，它支持如总线型、星型、树型等拓扑结构，与传统分层控制系统的递阶结构相比显得更加扁平和稳定；(2)节点智能化：带有CPU的智能化节点之间通过网络实现信息传输和功能协调，每个节点都是组成网络的一个细胞，且具有各自相对独立的功能；(3)控制现场化和功能分散化：网络化结构使原先由中央控制器实现的任务下放到智能化现场设备上执行，使危险得到了分散，从而提高了系统的可靠性和

5、安全性；(4)系统开放化和产品集成化：NCS的开发遵循一定标准进行，是一个开放的系统。只要不同厂家根据统一标准来开发自己的产品，这些产品之间便能实现互操作和集成。8/30/202110信息学院自动化所6、网络控制系统复杂性(1)网络环境下，多用户共享通信线路且流量变化不规则，这必然导致网络时延，同时采用不同的网络协议会使时延具有不同的性质；(2)传输数据流经众多的计算机和通讯设备且路径不唯一，这会导致网络时延和网络数据包的时序错乱；(3)在网络中由于不可避免地存在网络阻塞和连接中断，这又会导致网络数据包

6、的时序错乱和数据包丢失。8/30/202111信息学院自动化所7、与传统点对点结构系统比较可以实现资源共享实现远程操作与控制具有高的诊断能力安装与维护方便能有效减少系统的重量与体积增加系统的灵活性与可靠性使用无线网络技术，可以实现使用大量广泛分布的廉价传感器与远距离的控制器、执行器构成某些特殊用途的NCS，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。8/30/202112信息学院自动化所8、网络控制系统评价标准(1)网络服务质量（QoS,QualityofService）：包括网络吞吐量，传输效率，误码

7、率，时延可预测性和任务的可调度性。(2)系统控制性能（QoP,QualityofPerformance）：包括稳定性，快速性，准确性，超调和震荡等。8/30/202113信息学院自动化所9、网络控制系统技术基础(1)控制技术：构建了网络控制系统的功能和算法结构，是其内在灵魂与核心。(2)计算机技术：各个节点和控制功能模块的实现方式,它是形成控制网络的软、硬件基础，是控制网络系统的血肉。(3)网络与通信技术：网络通讯技术连接了网络控制系统的各个组成部分，是系统的连接架构，它构成了网络控制系统的躯干。8/3

8、0/202114信息学院自动化所8/30/202115信息学院自动化所组合式模拟控制系统集中式数字控制系统集散控制系统现场总线控制系统开放嵌入式网络化控制系统集中式主从式分布式1.2、NCS的产生和发展8/30/202116信息学院自动化所设备1检测/执行设备2检测/执行设备n检测/执行控制计算机集中控制系统（DDC）8/30/202117信息学院自动化所设备1检测/执行设备2检测/执行设备n检测/执行CPUCPUCPU上位机集散控制系统（