网络控制系统与应用课件.ppt

信息学院自动化所 网络控制系统与应用 网络控制系统与应用 一、绪论 二、网络与数据通信技术 三、实时控制网络 四、网络与控制性能分析 五、网络控制系统调度方法 六、网络控制系统常规控制器的设计 七、网络控制系统先进控制规律的设计 八、网络控制实验系统 一、绪论 3、网络控制系统定义 5、网络控制系统特点 7、与传统点对点结构系统比较 1.3 NCS的应用 1.4 NCS中的基本问题 1.5 NCS研究内容 1.5.1 对网络的控制 1.5.2 通过网络的控制 本章小结 4、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。 传统的数字控制系统假设被控对象的输出和控制输入时同时传递的，这在NCS的多包传递中已不再成立。因为一个数据要分成多个数据包多次传输，这些数据包不可能同时传递，也不可能同时到达。 不同的网络适合不同类型的传输，Ethernet中一个数据包最大可以容纳1500个字节的数据，因此适合于单包传输的方式；DeviceNet中一个数据包最大可以容纳8个字节的数据，因此常常以多包方式进行传输。 5、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。 NCS中的时序错乱分成两种情况：。 单包传输情况下指原来有一定先后次序的多个完整的数据在从源节点发到目标节点时，其到达的时序与原来的时序不同； 多包传输情况下指一个完整数据的多个数据包从源节点发到目标节点时，其到达的时序与原来的时序不同。 6、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。尽管多数网络具有重新传输的机制，但也只能在一个有限的时间内传输，超出这个之间后，数据也就会丢失。 数据包丢失相当于网络结构和参数的改变，对于传统的点对点控制系统，将使系统变得不稳定。因为传统系统是同步和定时的系统。 7、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，如节点的采样时刻。 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。 NCS中的传感器一般采用时钟驱动，而控制器和执行器可以是时钟驱动，也可以是事件驱动。 8、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。 硬件同步：在系统的各个节点之间用导线连接，时钟同步信号由导线传递。 软件同步：通过在网络上定时广播具有较高优先权的同步时钟的方式实现。 NCS中多采用软件同步的方式。 一、对网络的控制（Control of Network）：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。 二、通过网络的控制（Control through Network）：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。 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。 1、NCS体系结构和通信协议的研究 结构决定功能，体系结构的每次发展都待来控制系统性能的极大提高。NCS是一种先进的控制系统，它的先进性首先体现在结构上，那么这种体系结构为什么是先进的，有没有更先进更适合控制领域的体系结构？ 网络技术的应用带来了通讯协议的研究问题，ISO/OSI参考模型、TCP/IP协议、以太网、令牌环网、无线通讯协议等技术在计算机网络领域已经逐渐成熟并被广泛应用，这些技术能否用于控制领域，如何改造才能应用，已成为NCS的研究热点。 2、NCS时延分析和网络调度 实时性向来是控制系统面临的重要问题，对NCS，由于数据传输带来的延迟，实时性的研究就是要保证在特定环境下，各种设备间的通信能保证系统的实时性要求。 一方面，加强网络通信的实时性，采用合适的调度算法是减小时延的根本手段；另一方面，研究网络时延的特征，并建立相应的数学模型，可以为控制算法的设计提供支持和保证。 3、NCS数据包传送的问题 单包传输和多包传输出现数据包时序错乱和数据包丢失问题时，NCS系统的稳定性问题，以及克服上述问题的方法。 4、NCS中带通信约束的控制问题 由于网络带宽以及系统节点数目的限制，通信速率是有界的。如何在保证系