网络控制系统联合仿真平台的研究

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1、摘要网络控制系统(NCS)作为一个整体，其控制系统设计和网络设计是不可分的，即联合设计。当前NCS仿真的研究集中于针对联合设计的联合仿真。因此NCS的研究将以往独立的计算机网络和控制理论的研究融合起来，这迫切需要一个能进行控制系统和网络设计两个方面综合仿真的软件平台。由于NCS包含传感器、控制器和执行器的连续和离散时间动态特性，而网络传输属于一类离散事件系统。因此NCS是一类典型的混杂系统。而最新版本的MATLAB／Simulink集成了一个离散事件仿真工具SimEvents，适合于离散事件系统乃至混杂系统的仿真。因此本文利用这些工具实现NCS的联

2、合仿真平台。首先对网络进行建模仿真，包括链路、UDP、RED队列管理机制、静态路由、TCP基本原理等诸多网络仿真，还将链路、UDP等仿真结果与已有成熟网络仿真软件NS2仿真结果进行比较，结果说明建模的可信度。其次本文将网络模型引入到控制系统模型实现联合仿真，能够仿真网络对控制系统性能的影响。最后对改进NCS性能的两种层面即改变网络和改变控制策略分别进行了仿真实例说明。关键词：网络控制系统，联合仿真，混杂系统，离散事件系统，SimEventsAbstractABSTRACTAsawholetthedesignofthecontrolsystempor

3、tionandnetworkportionofnetworkedcontrolsystems(NCS)areinseparable，i．e．co—design．CurrentresearchinNCSfocusesonco—simulationforCO—design．ThestudyofNCSbringstogetherthehistoricallyseparatedisciplinesofcomputernetworksandcontroltheory．Itisurgentlyneededthatasoftwareplatformusedfor

4、simulationinbothcontrolsystemandnetwork．BecauseaNCScontainsboththecontinuousanddiscretedynamicsofthesensor(s)，controller(s)，andactuator(s)，anditsnetworktransmissionsCanbemodeledasdiscreteevents．SoNCSisakindofrepresentativehybridsystem．Anewdiscreteeventsystemsimulationtool—SimE

5、ventsisintegratedinMATLAB／Simulink．Theyfitwellwithdiscreteeventsystemsimulationandhybridsystemsimulation．Inthispaper,theCO-simulationplatformisimplementedbythosetools．First，networksaremodeledandsimulated，includinglink，UDP,RED，staticrouting，thefundamentalprincipleofTCEThesimula

6、tion(1ink，RED)iscomparedwiththeequivalenceinthematurenetworksimulatorNS2．Theresultprovestheaccuracyofthesemethods．Then，thenetworkmodelsareintroducedtocontrolsystems．ThesimulationexamplesindicatethatnetworkcanaffecttheperformanceofNCS．Lastly,twomeansofimprovetheperformanceofNCS

7、aleproposed：varynetworksorvarycontrolmethods．Thesimulationexamplesindicatethattheyarefeasible．KeyWords：networkedcontrolsystem，CO—simulation，hybridsystem，discreteeventsystem，SimEventsII同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或

8、者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声