第7章 truetime在网络控制系统仿真中的应用

《第7章 truetime在网络控制系统仿真中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第7章Truetime在网络控制系统仿真中的应用教学目标通过本章的学习，了解网络控制系统的基本概念、简单结构以及网络控制系统中存在的主要问题；了解Truetime1.5工具箱的组成模块及其功能；掌握Truetime1.5的安装，确保能按照所给步骤在自己的电脑上成功安装和运行，最终能根据应用实例中的程序进行仿真。本章是在MATLAB的基础上，从网络控制系统仿真中的应用的角度出发，着重讨论网络控制系统的基本概念、基本组成结构以及网络控制系统中存在的主要问题；最后通过给出具体的仿真实例，让读者学会用Truetime1.5工具箱进

2、行仿真。7.1网络控制系统基本概念7.1.1网络控制系统的定义网络控制系统（NCS，NetworkedControlSystems）是指传感器、控制器和执行器机构通过通信网络形成的实时闭环的控制系统。7.1.2网络控制系统的简单结构图网络控制系统主要由传感器、控制器与执行器这几个部分组成，其简单结构图如图7.1所示。e(t)u(t)y(t)r(t)+控制器执行器被控对象-传感器图7.1网络控制系统简单结构图7.1.3网络控制系统存在的主要问题由于控制系统是通过网络形成实时闭环控制，因此不可避免地存在着网络诱导时延、单包与多

3、包传输、数据包时序错乱和数据包丢失等问题。MATLAB在电气信息类专业中的应用3011.网络诱导时延在网络控制系统中，多个网络节点共享网络信道。由于网络带宽有限且网络中的数据流量变化不规则，当多个节点通过网络交换数据时，常常出现数据碰撞、多路径传输、连接中断、网络拥塞等现象。因而不可避免地出现信息交换时间延迟，这种由网络引起的信息交换时间延迟称为网络诱导时延。网络诱导时延是随机的、恒定的、有界的、还是不确定的，取决于通信网络的类型和采用的通信协议。时延会降低系统的性能，使系统的稳定范围变窄，甚至使系统失稳。时延是NCS的分

4、析和设计中不可忽略的重要因素。2.单包传输和多包传输在NCS中，数据是封装成一定大小的数据包进行传输的。单包传输是指NCS中传感器或者控制器等待传输的单位信息被封装成一个数据包进行传输。多包传输是指NCS中传感器或者控制器等待传输的单位信息被封装成多个数据包进行传输。系统采用单包传输或多包传输，取决于网络节点的各传感器所处的地理位置或等待传输的数据包容量。当传感器节点的各个传感器位于较远的地理位置或等待传输的数据超过控制网络数据包的容量时，待传输数据必须封装成多个数据包传输。多个数据包传输时，由于节点冲突、网络拥塞、连接中

5、断和多路径传输机制等原因，多个数据包不可能同时到达，这将增加接收端数据处理时间，从而间接地增加网络诱导时延。节点单包传输还是多包传输，系统的分析与设计方法将有所不同。3.数据包时序错乱在NCS中，由于数据的多路径传输机制，网络中同一节点发送到同一目标端的数据包不可能在相同的时间内到达接收端，因而产生数据包先后顺序的错乱，称为数据包时序错乱。单包传输时，数据包时序错乱指各个数据包到达接收端的顺序与发送时的顺序不同。多包传输时，数据包时序错乱指一个完整的数据被封装成多个数据包传输，这多个数据包到达接收端的顺序与发送时的顺序不同

6、。节点冲突、网络拥塞、连接中断和多路径传输机制等因素，是造成数据包时序错乱的主要原因。时序错乱的结果将导致数据传输率降低，间接地增加网络诱导时延。4.数据包丢失在采用串行通信方式的NCS中，当传感器、控制器和执行器利用网络传输数据和控制信息时，不可避免地出现数据包丢失。数据包丢失有两种情况：一种是因为传输通道为系统中各节点所共享，并且网络带宽为有限，在某一时间能够与控制器存取数据的传感器和执行器数目是有限的。当负载较大时，数据碰撞、网络拥塞和节点失败经常发生，数据碰撞和节点失败将造成数据包丢失。尽管大多数通信协议有重发机制

7、，但都重发在一定时间内未到达的数据包。超过一定时间未到达的数据包将被丢弃。另一种是在实时控制系统中，往往是将一定时间未到达的数据包主动丢弃掉，接着发送新数据，以保证信号的及时更新和采样数据的有效性。一个稳定运行的NCS容许有一定数量的数据包丢失，但是数据包丢失率超过一定值时将使系统失稳。302第7章Truetime在网络控制系统仿真中的应用7.1.4常用的仿真网络控制系统的软件目前广泛使用的网络控制系统仿真软件，主要包含网络控制系统仿真工具箱TrueTime，网络传送特性仿真工具NS2，还有网络控制仿真包NCS-Simu和

8、OPNET等。7.2Truetime1.5工具箱介绍7.2.1Truetime开发工具历史TrueTime是瑞典隆德（Lund）大学自动化系（LundInstituteofTechnology）的MartinOhlin，DanHenriksson和AntonCervin于2002年推出的基于MATLAB