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1、华北水利水电大学课程设计（论文）存档编号华北水利水电大学NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower课程设计题目网络控制系统（NCS）调研报告学院专业姓名学号指导教师完成时间华北水利水电大学课程设计（论文）目录1引言22概述33网络控制系统中的基本问题53.1时延53.2丢包53.3时序错乱63.4单包传输和多包传输64网络控制系统的研究现状64.1面向控制理论的NCSs研究64.1.1被动分析方法74.1.2主动设计方法74.2面向调度协议的研究94.3兼顾控制和网络的NCSs综合研究94.4NCSs的应
2、用105结论(Conclusions)106参考文献11华北水利水电大学课程设计（论文）摘要随着网络技术的快速发展，特别是智能手机的普及，使得网络已经逐渐深入到大众的生活与工作中，并且导致新技术的不断产生。网络控制系统（NetworkedControlSystems,简记为NCSs）应运而生。本文主要从网络控制系统的概念、基本问题、研究现状和应用等方面来综述这一系统。华北水利水电大学课程设计（论文）1引言(Introduction)计算机技术和通信技术的飞速发展,使网络应用在全球范围内日益普及,并渗透到社会生活的各个领域.在控制领域,网络已逐渐进入人们的视野,并引领
3、控制系统的结构发生着变化.通过公用或专用的通信网络来代替传统控制系统中的点对点结构已越来越普遍.这种通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(networkedcontrolsystems,简记为NCSs).与传统点对点结构的控制系统相比,NCSs具有成本低、功耗小、安装与维护简便、可实现资源共享、能进行远程操作等优点[1∼6].若采用无线网络,NCSs还可以实现某些特殊用途的控制系统,这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的.NCSs的诸多优点使其在远程医疗、智能交通、航空航天、制造过程以及国防等领域得到了日益广泛的应用.然而,网络并不是一种可靠的通信介质
4、.由于网络带宽和服务能力的物理限制,数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题.这些问题是恶化系统性能以及导致NCSs不稳定的重要原因,并且这些问题的存在使传统控制理论很难直接应用于NCSs的分析和设计.为保证NCSs稳定并具有满意的控制性能,必须深入研究NCSs并发展与其相适应的分析和设计理论.近年来,NCSs的研究得到了来自控制领域、信号处理领域、以及通讯领域研究人员的共同关注.2概述网络控制系统(NetWorkedControlSystem,NCS),又称为网络化的控制系统,是一种全分布、网络化实时反馈控制系统。它是指某区域现场传感器、控制器
5、及执行器和通信网络的集合,用以提供设备之间的数据传输,使该区域内不同地点的用户实现资源共享和协调操作。它是上世纪90年代初提出的概念,是计算机技术、通信技术与控制技术发展与融合的产物。网络控制系统充分体现了控制华北水利水电大学课程设计（论文）系统向网化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展,在工业自动化等方面己产生了深远影响。它的典型结构如图1所示:网络控制系统一般有两种理解,一种是对网络的控制(ControlofNetwork);另一种是通过网络传输信的控制系统(ControlthroughNetwork)[5]。这两种系统都离不开控制和网络,但侧重点不同。前者是
6、指对网络路由、网络数据流量等的调度与控制,是对网络自身的控制,可以利用运筹学和控制理论的方法来实现;后者是指控制系统的各节点(传感器、控制器、执行器等)之间的数据不是传统的点对点式的,而是通过网络来传输的,是一种分布式控制系统,可通过建立其数学模型用控制理论的方法进行研究。将计算机网络系统应用于控制系统中代替传统的点对点(PointtoPoint)式的连线,具有简单快捷、连线减少可靠性提高、容易实现信息共享、易于维护和扩展、降低费用等优点。网络控制系统的特点如下：u1控制系统网络化这是NCS的根本特点，正是由于控制网络的引入，将原来的不同地点的现场设备连接成网络，为
7、数据的集中管理的远程传送、控制系统与其他信息系统的连接与沟通创造了条件。u2信息传输的数字化数字化与网络化相辅相成，如果网络化是从系统角度描述NCS的特点，那么数字化则是从信息点的角度描述NCS。与模拟信号相比，数字信号的抗干扰能力强，传输精度高，传输的信息更丰富，同时数字化进程也大大减少了控制系统布线的复杂性。u3控制结构的层次化在DDC控制结构中，一台计算机不仅要完成底层的回路控制和顺序控制，还要完成系统的实时监控，参数调试等任务。而在NCS中这些任务分别在不同层次的不同计算机完成，每台计算机都各司其职，控制层次与控制任务得到细分。华北水利水电大学课程设计（
