网络控制系统仿真及其应用

论文摘要

网络控制系统(Networked Control Systems, NCS)是一种通过网络实施控制的控制系统,它将通信网络引入到控制系统中,实现了系统各节点共享网络资源和分布式控制方式,由此给控制系统带来了诸多的优点,例如,系统构建模块化,安装与维护费用低;分布式的控制与检测方式,故障诊断容易;系统容易扩展,灵活性强;系统各节点之间以及控制系统与互联网之间可直接进行数据通信等。然而,由于通信网络的介入,不可避免地给控制系统带来了一些问题,如网络通信导致的信息传输时延、网络连接中断、网络拥塞、数据包时序错乱、数据包丢失、各节点时钟同步难等等,这些问题的存在,不仅会严重影响系统的控制性能,而且是引起系统不稳定的潜在因素。本文在分析这些因素的基础上,利用Lyapunov理论以及线性矩阵不等式方法,分析了NCS的性能,利用Matlab的LMI工具箱和TrueTime等仿真平台,对NCS的性能进行了仿真分析,主要工作如下:1.讨论了一类网络控制系统的时延相关稳定性,求解最大允许时延参数的问题。2.探讨了不确定性NCS的时延依赖稳定性和时延独立稳定性以及保性能稳定性等问题。3.基于TrueTime仿真平台,进行了NCS的仿真分析,研究了通信模式、网络调度方法、数据传输率、丢包率、时延、采样周期和扰动等七种因素对系统稳定性的影响,给出了相应的分析与仿真结果。4.介绍了典型的NCS应用范例,重点针对码头船舶系泊监控的实际现状,给出了码头系泊监控的网络控制方案和系统的概要设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统概述
• 1.1.1 NCS 的概念
• 1.1.2 系统结构
• 1.1.3 NCS 的分类
• 1.2 NCS 的相关问题
• 1.2.1 影响NCS 性能的因素
• 1.2.2 网络调度
• 1.2.3 建模方法
• 1.2.4 研究方法
• 1.3 NCS 的研究现状
• 1.4 本文的主要工作及结构
• 第二章 预备知识
• 2.1 控制网络
• 2.2 线性矩阵不等式方法
• 2.3 仿真技术
• 2.3.1 基于Matlab 的LMI 工具箱
• 2.3.2 TureTime 工具箱
• simu 软件包'>2.3.3 NCS_simu 软件包
• 2.3.4 NS2
• 本章小结
• 第三章 典型NCS 性能分析与仿真
• 3.1 基于一类随机时延NCS 的仿真与分析
• 3.1.1 相关结论
• 3.1.2 仿真分析
• 3.2 基于一类不确定性NCS 的分析与综合
• 3.2.1 稳定性分析
• 3.2.2 时延独立与时延依赖
• 3.2.3 保性能分析
• 本章小结
• 第四章 几种因素对NCS 性能影响的仿真分析
• 4.1 建立仿真模型
• 4.2 系统仿真
• 4.2.1 传输速率
• 4.2.2 采样周期
• 4.2.3 时延
• 4.2.4 丢包率
• 4.2.5 扰动
• 4.2.6 通信模式
• 4.2.7 调度
• 本章小结
• 第五章 NCS 的应用——码头系泊监控系统
• 5.1 典型NCS 应用范例
• 5.1.1 电网系统控制问题
• 5.1.2 卫星姿态控制问题
• 5.1.3 车辆悬浮系统
• 5.1.4 直升飞机传动系统的振动衰减问题
• 5.1.5 倒立摆系统
• 5.2 码头系泊监控系统
• 5.2.1 国外系泊现状
• 5.2.2 可视化监控设计方案
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢