网络控制系统的事件触发控制与仿真研究+源代码(2)
1 绪论
1.1 课题背景
网络控制系统从产生到现在，大致经历了以下几个个发展阶段。一、集中控制系统（Centralized Control System, CCS）；二、分散控制系统（Decentralized Control System, DCS）；三、分布式控制系统（Distributed Control System, DCS）又称（集散控制系统）；四、现场总线控制系统（Field-bus Control System, FCS）；五、网络控制系统（Networked Control System, NCS）[3][10]。作为网络应用系统的一种，基于网络的各种反馈控制系统（networked control systems,NCS）通过数据网络甚至无线网络实现复杂环境下的大系统控制和远程控制。基于多项优点该系统在工业生产过程中变得越来越重要。因此网络控制系统的概念一在20世纪90年代初被提出，就立刻引起了人们的关注，同时对传统的控制理论和应用提出了新的挑战【1】。总的来说，目前网络控制系统的设计主要关注两个方面，一个是基于网络控制系统稳定性的分析方法，另一方面则是基于综合性能的设计方法。本文研究的就是在保证网络控制系统稳定性的前提下设计基于事件触发的控制器。
1.2 网络控制系统的结构与基本概念
网络控制系统NCS是一种全分布式、网络化实时反馈控制系统[10-14]。具体来说，指物理空间位置实时的信息交互。包括网络控制系统中的三大节点通过网络环境来传输数据包。提供一个公共的传输平台，实现了受地域限制的用户共同享受资源和协调操作。
与传统控制系统相比，NCS不再具有物理位置的限制，同时其投资成本与文护费用都有了明显的下降，资源实现了共享，引入远程控制优化了控制性能，实现节点智能化，具有较高的诊断能力，实际应用中又具有布线简单的优点。
1.2.1 网络控制系统的结构
NCS的结构可分为径直结构和分层结构[13]。结构的选择依赖于实际应用中对控制系统的性能要求。径直结构相对简单，通过网络进行一个简单的闭环的数据包的传输。即网络控制系统的节点所需要传递的信号封装在帧或者报文中发送给下一个节点对象。如图所示：
图1.1径直结构网络控制系统
如果说径直结构实时性较好，那分层结构则适合多平台的控制要求。对于分层结构，存在主控制器通过网络与远程系统本地信息的交互。控制器会计算好参考信号，然后再通过网络发给远程系统去执行本地的控制，同时反馈给控制器传感器的测量数据。结构图如下：
图1.2分层结构网络控制系统
然而，网络控制系统也存在很多问题。主要包括了两个方面：网络的结构参数设置和网络环境的影响。网络的结构参数设置包括传输速率、接入协议、数据（包）长度、量化参数等。网络环境包括时延、丢包率、带宽限制，单（多）包传输等。这些问题都是初期控制系统中未出现的。因此这就对传统的控制理论和应用领域提出了新的挑战。如何提供通过网络传输的信息准确性和可靠性，具有很强的实际应用指导价值。即研究NCS的实时性和稳定性。
1.2.2 网络控制系统基本概念
网络诱导时延：在网络控制系统中，多个节点共享网络信道。由于网络带宽有限且数据传输的不规则，节点之间传输数据通常会出现连接中断、网络堵塞，数据碰撞等现象。具有随机、有界、不确定的特点。
数据包丢失与错乱：实时控制系统中经常主动丢弃某些数据包延来保证信号的实时性。或者由于网络带宽的限制也会导致数据包的丢失出现。另一方面，当信息选择多路径传输方式时，由于路径的不唯一以及各个路径的时延不同，所以到达某个节点的时序会发生错乱的现象。其实少量的数据包丢失是可以进行调节的，但一旦超过一定值也会使系统稳定性下降，因此实际应用分析设计时必须要考虑数据包丢包。
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