网络控制系统性能分析及仿真的研究.doc

摘 要 随着计算机技术的发展，控制系统与网络通信系统的集成成为控制网络技术研究的热点，为此提出了网络控制系统（NCS）。本文介绍了网络控制系统的工业背景和研究现状，重点介绍了网络时延问题的研究进展。分析了网络控制系统的时延产生原因及特性，根据采样时间的不同和驱动方式的不同进行了建模分析。根据不同的模型分析了固定时延、随机时延的补偿控制器设计。本文重点介绍了针对不确定时延采用Fuzzy-PID控制器的设计和仿真研究。在最后，介绍了一种Matlab环境下的实时控制系统仿真工具箱Truetime，给出了具有时延特征的网络控制系统的控制仿真结果。 关键词：网络控制系统，网络时延，时延补偿，Fuzzy-PID控制器 ABSTRACT With the development of computer technology, some considerable attentions have been directed to the integrated control systems and network communication control system. So Network Control System（NCS） is proposed. In this thesis the paper introduces the engineering background and research achievements, and focuses on the progress of network delay. The causes and the characteristic of network-induced delay are analyzed. According to the different of sampling time and drive way, model is built and analyzed. Depending on the different models, the controller with the compensation about the fixed time delay and random delay controller are designed. This paper focuses on using Fuzzy - PID controller against uncertainty delay to design and simulation testing. In conclusion，Simulink toolbox，named by Truetime，based on Matlab has been introduced in this paperAnd the characteristics of the NCS simulation results are given. KEY WORDS：Networked control systems, Network-induced delay, Delay compensation, Fuzzy-PID controller 目 录 第一章 绪 论 1 1.1 网络控制系统的发展与基本概念 1 1.1.1 计算机控制系统的发展 1 1.1.2 网络控制系统的描述 3 1.2 网络控制系统时延研究现状 4 1.2.1 NCS的数学模型的建立 4 1.2.2 NCS控制器设计方法 5 1.3 本文研究的出发点与主要工作 7 1.3.1 目的和意义 7 1.3.2 研究内容 8 第二章 具有网络诱导时延的NCS分析 9 2.1 引言 9 2.2 网络控制系统的采样技术 10 2.2.1 同步采样和非同步采样 10 2.2.2 时间驱动方式和事件驱动方式 11 2.2.3 多速率采样 12 2.3 控制网络与网络控制系统的时延分析 12 2.3.1 控制网络 13 2.3.2 网络控制系统的时延分析 16 2.4 小结 18 第三章 具有网络诱导时延的NCS建模与控制 19 3.1 引言 19 3.2 具有网络诱导时延的NCS的数学建模 19 3.3 具有固定时延的NCS的控制器设计 21 3.4 具有随机时延的NCS的控制器设计 22 3.4.1 基于时延统计规律的随机控制器设计 23 3.4.2 基于时变、有界时延的随机时延的补偿 24 3.5小结 26 第四章Fuzzy-PID网络控制器设计 27 4.1引言 27 4.2模糊控制理论基础 27 4.2.1模糊控制系统的组成 27 4.2.2模糊控制器原理 28 4.2.3模糊控制器的输入输出变量 30 4.2.4模糊控制器设计的基本方法 31