网络控制系统与应用总结

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1、绪论1、定义：通过网络形成闭环的反馈控制系统，称为网络控制系统，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。2、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

2、可靠性和安全性；(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。3、网络系统研究内容一、对网络的控制：围绕网络的服务质量，从拓扑结构、任务调度算法和介质访问控制层协议等不同的角度提出解决方案，满足系统对实时性的要求，减小网络时延、时序错乱、数据包丢失等一系列问题。可以运用运筹学和控制理论的方法来实现。包括NCS体系结构和通信协议的研究、NCS时延分析和网络调度、NCS数据包传送的问题、NCS中带通信约束的控制问题和NCS的系统与信息的集成。二、通过网络的控

3、制：指在现有的网络条件下，设计相适应的NCS控制器，保证NCS良好的控制性能和稳定性。可以通过建立NCS数学模型用控制理论的方法进行研究。包括NCS的数学模型、NCS的极点配置设计方法、NCS的最优化设计方法、NCS的鲁棒控制设计方法、NCS的智能控制设计方法和NCS的性能分析。三、NCS整体性能的优化与提高（综合控制）：综合考虑提高网络性能和控制性能的基础上，优化和提高整个NCS的性能。包括协同考虑控制与调度和NCS中的并行计算4、节点的驱动方式：时钟驱动和事件驱动。时钟驱动：网络节点在一个事先确定的时间到时开始动作，事先确定的时间为节点动作的依据，如节点的

4、采样时刻。（传感器采用）事件驱动：网络节点在一个特定的事件发生时开始动作，如网络节点通过数据网络从另外一个节点接受数据。（控制器和执行器两者均可）5、网络控制系统中的基本问题：时变传输周期：NCS中对采样数据的传输可以是周期的，也可以是非周期的。取决于控制网络的介质存取控制协议网络调度：指一个节点多久可以传输一次信息，以及以多高的优先级传递信息，发生在用户层或传输层以上网络时延：在NCS中由于信道竞争、物理信号编码和通信协议处理等带来的额外开销，在控制器、执行器和传感器之间不可避免地引入了不同类型的时延单包传输和多包传输：单包传输指NCS中的传感器、控制器的一

5、个待发送数据被捆在一个数据包中发送；而多包传输指待发送的数据被分成多个数据包进行传输。数据包时序错乱：在网络环境下，被传输的数据流经众多的计算机和通讯设备且路径不唯一，因此将导致数据包的时序错乱问题。数据包丢失：在网络中由于存在网络阻塞和连接中断，因此会导致数据包的丢失。节点驱动方式：NCS的节点有两种驱动方式：时钟驱动和时间驱动时钟同步：在NCS中，当控制器和执行器有一个为时钟驱动时，便存在一个时钟同步问题，其目的是给两个或多个节点的内部时钟以同样的值。NCS中的时钟同步分为硬件同步和软件同步。二网络控制系统的通信1、通信的类型：模拟通信：是以模拟信号传输信

6、息的通信方式。例如：在常规控制系统中采用的010mA或420mA或05V的模拟电信号。数字通信：是将模似电信号转换为数字信号后，再进行传输的通信方式。例如：A/D转换器与CPU之间的信息传输数据通信：是一种通过计算机或其它数字装置与通信线路相结合，实现对数据信息（具有一定编码、格式和位长要求的数字信息）的传输、转换、存储和处理的通信技术。例如：计算机与计算机之间的交换信息都是数据信息。数据通信与数字通信的不同之处是：数字通信的信息源发出的是模拟信号；数据通信的信息源发出的是数字信息数据通信系统的组成：一个最基本的通信系统，是由信息源、发送装置/接收装置、

7、信道、通信控制部件、信息宿等部分组成，信息源：是将要被传输(发送)的数据信息；通信控制部件：是通信数据处理子系统，负责实现计算机内部代码与通信编码之间的转换，以及网络控制方式、同步方式、差错控制和通信软件的选择与执行信道：是信息传输通道，它包括传输介质（线路）和有关的中间通信设备，收/发装置（调制解调器）：是一个以信息的发送、收集、分配和转贮为目的的数据传输子系统，它只负责保证数据准确无误的传送，不涉及对数据信息的加工处理信息宿：是通过传输已收到的数据信息；数据通信方式①按数据位的传送方式分，有：并行通信方式：将一个二进制数据的所有位同时传送的方式，特点：传送

8、速度快，线路成本高，只适用于近距离的数