网络控制实验系统的设计与开发

论文摘要

网络控制系统是指传感器、控制器和执行器机构通过通信网络形成闭环的控制系统。网络控制系统综合了计算机通信,计算机网络和自动控制等多方面技术,具有很多优点,广泛应用在工业控制领域、家庭自动化和楼宇自动化等方面。同时,网络控制系统也带来了许多新的问题,包括数据传输时延问题、数据包丢失问题,多包传输问题等,所以其理论和实际应用研究都有重要的意义,是当前研究热点之一。本文以直流电机调速系统为控制对象,设计了网络控制实验系统,给研究和设计网络控制算法提供真实的试验环境。论文的主要工作包括：设计了基于以太网的远程直流电机调速系统、模拟负载模块、图像监控模块、嵌入式以太网接口、网络服务器、远端网络客户机的总体结构；探讨了网络通讯,在嵌入式系统中实现TCP/IP协议;设计并实现了通过实际网络(校园网)控制实际对象的网络控制实验系统。实验系统该可以嵌入调用网络控制算法、直观显示控制算法动态性能、比较不同通讯协议性能、分析网络延时及数据包丢失、乱序对网络控制系统性能影响。论文最后给出了两种控制算法在实验系统上的试验结果,证明了该实验系统可以满足网络控制系统理论研究的需要,能够对网络控制理论的研究提供技术支持,达到了设计的基本要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研发背景
• 1.2 网络控制系统概述
• 1.2.1 网络控制系统概念
• 1.2.2 网络控制系统中的主要问题
• 1.3 研究的现状
• 1.4 论文的主要工作和内容安排
• 第2章 网络控制实验系统的总体设
• 2.1 网络控制实验系统的基本功能
• 2.2 网络控制实验系统的总体设计
• 2.2.1 网络控制实验系统的主要硬件设备
• 2.2.2 网络控制实验系统的软硬件开发环境
• 2.3 本章小结
• 第3章 网络控制实验系统的硬件电路设计
• 3.1 嵌入式网络接口模块设计
• 3.1.1 混合信号ISP FLASH微控制器C8051F020介绍
• 3.1.2 以太网控制器RTL8019AS介绍
• 3.1.3 嵌入式网络接口原理
• 3.2 数据采集模块设计
• 3.2.1 光电编码器及其接口电路设计
• 3.2.2 ADC采样及其处理
• 3.3 输出控制模块设计
• 3.3.1 直流电机调速原理
• 3.3.2 单相集成移相调压模块EUV-10A-II介绍
• 3.3.3 导通相位角调速电路设计
• 3.3.4 整流滤波电路设计
• 3.3.5 可控电流源电路设计
• 3.4 低压直流电源设计
• 3.4.1 低压直流电源选型
• 3.4.2 主控制板电源接口设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 网络控制实验系统的软件设计
• 4.1 TCP/IP协议简介
• 4.1.1 TCP/IP协议分层结构
• 4.1.2 报文格式
• 4.2 下位机程序设计
• 4.2.1 主程序及实时控制程序设计
• 4.2.2 RTL8019AS驱动程序设计
• 4.2.3 TCP/IP协议的实现
• 4.3 图像监控模块的软件设计
• 4.4 网络服务器的软件设计
• 4.5 远端网络客户端的软件设计
• 4.5.1 网络通讯模块
• 4.5.2 性能曲线显示模块
• 4.5.3 图像显示模块
• 4.5.4 Nagle算法对数据通信的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于网络的控制算法设计
• 5.1 网络控制实验系统特性分析
• 5.2 常规PID控制器设计
• 5.3 模糊PID控制器设计
• 5.3.1 模糊PID简介
• 5.3.2 模糊自整定PID控制
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢