网络化的控制系统的时延特性分析摘 要随着网络通信技术和计算机网络技术的迅猛发展，从而促使了网络控制系(networked control system，NCS）的出现和发展。所谓的NCS简单的说就是通过实时网络形成的一种闭环反馈控制系统。现以成为国内外的一个新的研究反向。就我国而言，基于网络控制的系统被不断的应用和发展，在技术方面也取得了显著的成绩，但是网络控制系统的技术体系和理论基础远远没有形成。所以深入系统地研究网络控制系统对于国家工业水平的提升，生产力的发展有着重要的意义。网络控制系统具有信息资源共享、连接线数大大减少、分布控制、易于扩展维修、高可靠性等优点。是未来控制系统的重要发展模式。尽管网络控制系统与传统控制系统相比有很多的优势，但是由于网络的介入，通信机制与通信协议的原因，以及网络的带宽有限并且被系统中的各个节点所共享，当传感器、控制器和执行机构通过网络进行数据交换时，不可避免地会出现数据碰撞以及排队等待、网络拥堵、数据包丢失、数据传输时延、网络连接中断等现象，严重时甚至可能导致系统的不稳定。本文着重分析不同时延分布时对网络控制系统稳定性的影响以及在不同网络环境和不同网络负载时对网络控制系统的稳定性的影响。学习使用truetime仿真平台并练习搭建不同的网络控制系统模型，分别详细的分析不同的情况下对系统性能的影响，为网络控制系统的设计器提供依据。关键词：网络控制系统; truetime ;网络诱导延时;网络环境 ; 网络负载DELAY CHARACTERISTIC ANALYSIS OF NETWORKED CONTROL SYSTEMAbstract With the rapid development of network communication technology and computer network technology, the emergence and development of network control system (control system networked, NCS) has been promoted. The so-called NCS simple said that the formation of a real-time network through a closed-loop feedback control system. Now to become a new research at home and abroad reverse. As far as our country is concerned, the system based on network control has been applied and developed continuously, and has made remarkable achievements in technology, but the technical system and theoretical foundation of the network control system is far from forming. So in-depth and systematic study of the network control system for the improvement of the national industrial level, the development of productive forces is of great significance. Network control system has the advantages of sharing information resources, greatly reducing the number of connecting lines, distribution control, easy to extend maintenance, high reliability and so on. Is an important development model of the future control system. Although the network control system and traditional control system has manyadvantages compared to, but due to the intervention of the network, communication mechanism and the communication protocol, and network limited bandwidth and is shared by all nodes in the system, when the sensor, controller and actuator via the network for data exchange,inevitably will crash data and waiting in line, network congestion and packet loss, data transmission delay, network connection interruption phenomenon, serious when may even lead to system instability. This paper focuses on the analysis of the influence of different time delay on the stability of networked control systems and the stability of network control system under different network environments and loads. Learning to use truetime simulation platform and practice to build different network control system model, respectively, detailed analysis of the impact of different conditions on the system performance, to provide the basis for network control system designer.Key words: network control system, truetime, network induced delay, network environment, network load目 录摘要Abstract1 绪论11.1 研究的目的与意义11.2 网络控制系统研究的现状与方法11.2.1 网络控制系统的研究现状11.2.2 预测控制21.2.3 网络控制系统的调度21.2.4 鲁棒控制32 网络控制系统的时延特性42.1 时延产生的原因42.2 时延的分类42.3 NCS中信息传输时延的构成42.4 时延对系统性能的影响53 网络控制系统的建模63.1 对NCS建模条件的描述63.2 网络控制系统的建模64 网络控制系统的仿真说明84.1 MATLAB简述84.2 TrueTime仿真器84.2.1 对TrueTime仿真器的基本认识84.2.2 truetime功能模块简介94.2.3 truetime安装的简要概述105 不同网络环境对网络控制系统性能的影响115.1 对网络环境的认识115.2 仿真实例115.3 仿真总结与认识19 6 不同的网络负载对网络控制性能的影响206.1 对网络负载的认识206.2 仿真研究206.3 仿真结果分析总结267 不同时延分布时对网络控制系统稳定性的影响277.1 仿真实例277.2 仿真分析与总结31实验总结与展望32参考文献33致谢351绪论1.1研究的目的与意义随着计算机网络的广泛使用和电子通信的飞速发展，智能化的传感器、控制器和执行机构应运而生，这也为网络控制系统的出现和发展打下了一定的物质基础。所谓网络控制系统（networked control system，NCS）就是指通过一系列的网络通信信道将分布于不同地理位置的传感器、控制器和执行器连接起来，从而形成一种分布实时的反馈闭环控制系统。在传统的控制系统系统中采用点对点的结构来实现传感器、控制器和执行器之间的信息传递，相比较来说网络控制系统的优势在于可以实现资源共享和远程分布控制、连线少、结构灵活、成本低、维护方便、通信协议开放等诸多优点1。当前虽然大多数工业现场依然采用集散控制系统作为主要的控制方式，但是它的诸多优越性必然会导致它被越来越多的领域所接受，发展前景一片大好。然而在网络控制系统中，由于通信机制和通信协议的原因，同