基于以太网的预测控制系统研究

论文摘要

随着互联网技术的发展,以太网逐渐被引入到工业控制领域,基于网络的控制系统结构日益普及,而网络带来的控制系统时滞问题对控制性能的影响不容忽视,因此本文以基于以太网的控制系统设计作为研究课题。 首先,对于网络控制系统做了简要阐述。概述了网络控制系统的总体的结构、层次;指出了网络控制系统的三种控制模式;简要介绍了嵌入式网关的设计及其子网数据访问的方式;展望了网络控制系统模式的几种发展方向;并设想了一种基于控制策略服务器模式的网络控制系统。 然后,指出网络特性与控制策略间的关联关系。并分析了网络的时滞及对于控制策略、控制性能的影响;从网络控制的角度分析了TCP/IP协议族中几种典型的协议,指出其优缺点;简略介绍了网络的安全特性和网络控制系统的性能评估的一些问题。 在论文第四、五章,提出了基于模型预测控制的网络控制器设计方法,通过模型匹配和多步预测输出策略来补偿不确定时滞对控制性能造成的影响,该算法并不针对某种特殊的协议,并适用于大时滞的情况。通过闭环系统仿真和基于倒立摆对象的网络实验平台验证了算法的有效性。并介绍了一种嵌入式Web服务器的设计方法。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 控制系统网络化的进程
• 1.2.1 DDC
• 1.2.2 DCS
• 1.2.3 FCS
• 1.2.4 NCSs
• 1.2.5 网络系统集成
• 1.3 网络控制系统算法简介
• 1.3.1 访问机制
• 1.3.2 时滞模型
• 1.3.3 调度算法
• 1.3.4 控制器设计
• 1.4 本文章节安排
• 第二章 网络控制系统构架
• 2.1 引言
• 2.2 网络控制系统的典型结构
• 2.3 网络控制系统的控制模式
• 2.4 嵌入式网关的设计
• 2.5 以太网控制系统的三个发展动态
• 2.5.1 软件总线—LabMap
• 2.5.2 OPC DX
• 2.5.3 无线网络
• 2.6 基于控制策略服务器的网络控制系统结构
• 2.7 小结
• 第三章 网络特性与控制策略的关联特性
• 3.1 引言
• 3.2 控制策略对网络的影响
• 3.2.1 采样周期对网络的影响
• 3.2.2 调度策略对网络的影响
• 3.3 网络对控制策略的影响
• 3.4 关联特性对控制性能的影响
• 3.4.1 网络时滞特性
• 3.4.2 Sockets参数特性
• 3.4.3 TCP／IP协议族特性
• 3.4.4 网络的安全特性
• 3.4.5 网络控制系统的性能评价
• 3.5 小结
• 第四章 基于模型预测控制算法的网络控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 预测函数控制算法简介
• 4.3 基于MPC的网络控制算法
• 4.3.1 网络控制系统的预测模型
• 4.3.2 模型匹配时滞补偿
• 4.3.3 多步输出时滞补偿
• 4.4 仿真验证
• 4.5 小结
• 第五章 基于倒立摆对象的网络控制
• 5.1 引言
• 5.2 一级直线倒立摆建模
• 5.3 PFC—PID串级控制仿真
• 5.4 基于倒立摆的网络控制算法仿真
• 5.5 网络控制实验平台介绍
• 5.6 网络控制系统的嵌入式web监控
• 5.6.1 嵌入式Web的软件设计
• 5.6.2 Web数据自动更新方式
• 5.7 基于网络控制实验平台的算法验证
• 5.8 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢