网络控制系统及其在水电站的应用

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1、河海大学硕士学位论文摘要随着控制系统规模的日益扩大以及计算机网络技术的飞速发展，基于计算机网络的控制系统逐步应用到控制工程中，具有系统连线少、可靠性高、易于系统扩展以及能够实现信息资源的共享等优点。但由于通讯网络的引入，使得网络控制系统中存在如网络诱导时延、网络调度、数据包多包传输及丢失等许多新问题。因此，网络控制系统的分析与设计成为目前控制理论与控制工程领域的热点研究课题。本文主要的研究内容有：(1)介绍了几种目前比较流行的现场总线，重点分析了CAN总线的性能特点和协议结构以及由CAN总线构成的网络控制系统及时延特性。(2)介绍了水电站计算机监控系统结构和原理，通信任务

2、及其特殊性。介绍了基于CAN总线的水电站分层分布式控制系统。(3)针对网络控制系统中存在的时延，首先介绍了网络控制系统的建模问题，并在此基础上介绍了相应的时延补偿方法。对网络诱导的不确定时延，首先研究了将模糊控制与传统的PI控制方法相结合的网络控制器以及模糊PI与Smith预估相结合的网络控制器；接着对稳定性进行了研究；并将这种网络控制器应用于水电站辅机控制，以变频调速泵的网络控制系统为例，通过}aatlab仿真验证了该控制方法的有效性。(4)网络控制系统(NCS)的性能不仅与所采用的控制算法有关，还与所采用的调度算法有密切的关系。本文介绍了两种典型的调度算法(RM和ED

3、F)，并利用TrueTimeT具箱进行分析比较。从网络的角度出发，研究了网络控制系统的优化调度问题。关键词：现场总线；水电站监控系统；网络控制系统；时延补偿；模糊PI调节器调度算法河海大学硕士论文AbstractAlongwiththeextensionofthecontrolsystemscaleandfastdevelopmentofnetworktechnologies，controlsystemsbasedonnetworksarewidelyappliedinthemodemindustrycontrol，whichhaveadvantagesoflesswir

4、es，hiighreliability,goodflexibilityandshareofinformationresources，etc．However,sincethecommunicationnetworkhasbeeninsertedinthenetworkedcontrolsystem，somenewissuessuchasnetwork-inducedtimedelay，networkscheduling，multiple—packettransmissionanddroppingnetworkpacketsappear．Therefore，analysisa

5、nddesignofNCShasbeenahotresearchprobleminthecontroltheoryandcontrolengineeringarea．Thechiefresearchesofthispaperaleshowedasfollows(1)Introduceseveralkindsoffieldbusesthatareusedwidelyatpresent．EmphasizeonanalysingthefeaturesofCANandthestructureoftheCANbusprotoc01．FinallytheNCSconstitutedb

6、yCANbusanditstimedelayareanalysed．(2)Theprinciple，basicstructureandcommunicationtaskofthesupervisorycontrolsystem(SCS)ofhydropowerplantareintroducedinthethesis．Theconfigurationofthefull-distrubutedandfull-openSCSbasedonCANBUSareexpatiated．(3)Totheexistingnetwork—inducedtimedelay，different

7、IIAbstractmethodsfortime·delaycompensationinNCSareintroducedbasedonmodelingofNCS．Asforuncertaintimedelay，somecombinedcompensationschemesincludingFuzzy-PIcontrollerandFuzzy—PIcontrollerbasedollSmithpredictionarepresentedfirstly；thenStabilizationisanalyzed，Thesecontro