1、 XXXXXXXXXXXXXXXX網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的建模與設(shè)計(jì)答 辯 人：XX指導(dǎo)老師：XXXXXX 2021年5月22日論文內(nèi)容提綱2. 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與分析4. 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真1. 緒論3. 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器的設(shè)計(jì)5. 總結(jié)與展望傳統(tǒng)的控制方框圖參加網(wǎng)絡(luò)后的系統(tǒng)控制方框圖1緒 論1.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的定義通過(guò)網(wǎng)絡(luò)形成的反響控制系統(tǒng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCSnetworked control systems。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是通信、控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合開(kāi)展所形成的一個(gè)新的領(lǐng)域，自從其誕生以后，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中控制部件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式逐漸被取代。1.2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生背景隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，被

2、控對(duì)象和控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化，控制系統(tǒng)各部件間需要交換的信息越來(lái)越度多，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)逐漸顯示出一定的局限性，主要表現(xiàn)在連線(xiàn)繁雜，維護(hù)、升級(jí)、擴(kuò)展困難等。此外傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不適合如模塊化、分散化、綜合診斷、維護(hù)快速簡(jiǎn)易和低本錢(qián)等一些新的控制要求。因此，這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的控制網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越不能滿(mǎn)足當(dāng)今信息化的要求，這就為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生提供了迫切的需求。另外，隨著軟硬件產(chǎn)品價(jià)格的不斷下降，傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化為通訊網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)更深層次的應(yīng)用提供了必要的物質(zhì)根底。1.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究意義與目的 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有信息資源共享、單元結(jié)構(gòu)自律性強(qiáng)、高的診斷能力、

3、系統(tǒng)配線(xiàn)簡(jiǎn)單、易于設(shè)計(jì)及維護(hù)、高效率、高可靠性、操作靈活以及本錢(qián)低等優(yōu)點(diǎn)。 在帶來(lái)諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，它也給系統(tǒng)和控制理論帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)問(wèn)題、數(shù)據(jù)丟包問(wèn)題、各種控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議不統(tǒng)一不兼容問(wèn)題等等。 這些問(wèn)題的存在會(huì)影響系統(tǒng)的性能指標(biāo)，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。這給控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大困難，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的分析和綜合方法進(jìn)行研究是非常必要的，也是很有意義的。2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模及穩(wěn)定性分析2.1具有時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模 在NCS中，由于網(wǎng)絡(luò)通信方式、共享帶寬以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化不規(guī)那么等因素的制約，當(dāng)控制器節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)地被控對(duì)象的傳感器節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)

4、據(jù)或控制信息時(shí)，往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)多路徑傳輸、多包傳輸、包時(shí)序錯(cuò)亂、包喪失、包重傳、包碰撞、網(wǎng)絡(luò)擁塞以及連接中斷等現(xiàn)象，因此，節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸時(shí)延是不可防止的。NCS時(shí)延組成如以下圖所示 NCS時(shí)延組成 時(shí)延主要由以下局部組成:采樣計(jì)算時(shí)延；傳感器到控制器的時(shí)延；控制器執(zhí)行運(yùn)算時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延；控制器到執(zhí)行器的時(shí)延；執(zhí)行器計(jì)算時(shí)延。整個(gè)系統(tǒng)總的時(shí)延：忽略小時(shí)延，那么系統(tǒng)時(shí)延可為：網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延為5ms的系統(tǒng)響應(yīng)圖網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延為10ms的系統(tǒng)響應(yīng)圖 時(shí)延影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，時(shí)延越大，系統(tǒng)的超調(diào)量越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，平穩(wěn)性越差。時(shí)延超出一定界限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象是一個(gè)線(xiàn)性連續(xù)

5、系統(tǒng)，可描述為： (2.1) 如果考慮到網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延的影響，式(2.1)的閉環(huán)系統(tǒng)可描述為 (2.2)其中，h是采樣周期， 是網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)表示每個(gè)數(shù)據(jù)包從傳感器端到驅(qū)動(dòng)器端所經(jīng)過(guò)的傳輸時(shí)間。采用參考文獻(xiàn)中的方法，在控制輸入節(jié)點(diǎn)之前引入一個(gè)積分環(huán)節(jié)且考慮網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延 ，其中 給定。記，那么有由相關(guān)文獻(xiàn)文獻(xiàn)可知增廣系統(tǒng)(S2-2)完全能空的充要條件是原系統(tǒng)(S2-1)完全能控。S2-22.2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析對(duì)于系統(tǒng)S2-2,考慮連續(xù)控制器那么有 如果存在正定矩陣P和Q，使得以下LMI有解那么系統(tǒng)時(shí)閉環(huán)漸近穩(wěn)定的3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)如果存在正定對(duì)稱(chēng)矩陣 ，正定矩陣 ，

6、任意適當(dāng)維數(shù)的矩陣，使得下面LMI成立： 那么當(dāng) 時(shí)，系統(tǒng)S2-1是漸近穩(wěn)定的。 (3.9)由上述LMI可求得 進(jìn)而可得控制器的參數(shù)為考慮如下線(xiàn)性定常系統(tǒng)采用本文的定理3-1所述控制方案可求得控制器的參數(shù)如下：4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的仿真4.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的仿真模型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真模型4.2仿真波形圖圖.4.4無(wú)控制器時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的輸入與輸出波形(1)、當(dāng)上述系統(tǒng)不使用控制器時(shí)，且系統(tǒng)的給定輸入為方波時(shí)，利用TrueTime仿真可得系統(tǒng)的輸入輸出曲線(xiàn)如圖4.4所示。(2)、當(dāng)采用其它文獻(xiàn)所述的控制方案圖.4.5采用控制方案時(shí)系統(tǒng)的輸入與輸出波形時(shí)系統(tǒng)的仿真圖如下(3)、采用本文的定理3-1所述控制方案的仿真曲線(xiàn)如以下圖所示圖.4.6采用本文所述控制方案時(shí)系統(tǒng)的輸入輸出波形全文總結(jié)與展望總結(jié)：1針對(duì)具有時(shí)延的NCS，分析了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延產(chǎn)生的原因及對(duì)系統(tǒng)性能的影響，探討了建模、穩(wěn)定性分析和控制器設(shè)計(jì)；2利用基于Matlab/Simulink的實(shí)時(shí)仿真工具TrueTime，建立了NCS仿真模型，并針對(duì)具有時(shí)延的NCS進(jìn)行了仿真研究。展望：1本文僅簡(jiǎn)單探討了具有時(shí)延的NCS，并未考慮同時(shí)存在時(shí)延和數(shù)據(jù)包喪失的情況，