网络控制系统研究及实验平台建设

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1、浙江大学硕士学位论文摘要网络控制系统(NCS)是指以数字网络封闭的计算机控制系统。网络控制系统综合了计算机、通信和自动控制等多方面技术，具有可靠性高、系统连线少、抗干扰能力强、通信协议开放等众多优点。但是，网络控制系统在实际应用中暴露出许多问题，包括网络时延、数据丢失、网络安全等问题。针对其中的时延和丢包问题，本文从以下几个方面进行了研究：1．介绍了网络控制系统的发展历程、概念和特点，从多个方面综述了当前的研究发展，分析了其在理论研究和实际应用中尚存的问题。2．结合具体的以太网协议，对网络时延和数据丢包两大网络特性进行了分析，包括两者

2、的产生原因、组成和表现规律。通过理论分析和仿真研究，给出了时延和丢包对系统控制性能的影响特性。3．针对网络时延和数据丢包两大问题，基于动态矩阵控制算法(DMC)，提出适用于网络环境的改进算法——基于实测时延的DMC算法。在改进算法中，充分利用DMC算法中冗余的预测输出序列和控制增量序列，在控制数据由于网络时延和丢包而无法及时到达执行器时进行开环控制，实现对网络时延和数据丢包的补偿，避免出现执行器节点在接收不到新数据时不动作的情况；同时根据实测时延，在到达执行器的控制增量序列中选择适当的增量值，实现开环与闭环控制的无扰动切换，从而使系统

3、在大时延影响下仍能保持较好的控制效果。在Matlab仿真环境中，结合具体的对象模型，进行了该算法的仿真实验验证。4．针对研究中实际网络环境实验平台的缺乏，本文先后设计并开发了基于以太网的控制系统仿真软件和运动控制实验平台(EthernetNetworkedMotionConla'olOpenPtatform)。实验平台以永磁同步电机为被控对象，设计了内含以太网接口的电机驱动器网络节点；开发了可方便实现各种控制算法的基于PC机的网络控制器；具有能够动态显示控制系统状态曲线的网络数据监视系统；设置了用于调整网络负荷的网络流量干扰节点。在这

4、个实验平台上，本文验证了基于实测时延的DMC算法的有效性。关键词：网络控制系统，网络时延，数据丢包，动态矩阵控制，实验平台U浙江大学硕士学位论文AbstractNetworkedControlSystems(NCS)arethecomputercontrolsystemswhichareclosedbydigitalnetwork．NCSwhichintegratecomputer,communicationandautomaticcontrolprovideseveraladvantages．s'ueh雒higherreliabil

5、ity,lessconnectingwires，robustanti-jammingandOpellcommunicationprotoc01．However,thereexistmanyproblemsinapplication,suchasnetworkinduceddelay,packetdropoutandnetworksecurity．Inordertodealwithnetworkinduceddelayandpacketdropout,thisthesisfocusestheresearchOnworksasfollow

6、s：First,NCS’background,basicconcept,meritsandshortcomingsa∞introduced．AsurveyofNCSresearelaworksisgiVemSecond,thecharacteristicsofnetworkinduceddelayandpacketdropoutaleanalyzed,includingthec11USe$，combinationsandbehaviors．Thedegradationcausedbydelayandpacketdropoutissho

7、wedviatheoryanalysisandsimulation．Third,inordertodealwithdelayandpacketdropout．觚improvedalgorithmfornetworkisproposedasMeasuredDelaybasedDMCalgorithm．Inthisalgorithm,whentheactuatornodecannotreceivethedataOntime，thepredictiveoutputsequenceandcontrolincrementsequencearcu

8、sedforopen-loopcontr01．whichavoidstheactuator’snotoperating．Whellthecontroldataarrivesatactuator,theeonlrolinc