网络化倒立摆仿真平台的构建和控制设计+源程序(3)
1.2.3 数据包丢失
数据包丢失有两种情况：第一种是因为网络被控制系统中各节点共享，且其带宽有限，在某一时间能够与控制器交换数据的传感器和执行器数目是有限的；当负载较大时，时常会发生网络拥塞、数据碰撞等现象，这将导致数据包丢失[11]。尽管大多数通信协议有重发机制，但超过设定时间未到达的数据包将被丢弃。第二种是在实时控制中，往往将规定时间未到达的数据包主动丢弃后发送新数据，以便及时采样更新数据[12]。
1.2.4 节点驱动方式
在NCS中，是指以何种方式让节点（通常是传感器,控制器,执行器）启动工作。按照驱动方式的不同主要分为两种：一种是时间驱动(Clock Driven)，另外一种是事件驱动(Event Driven)[13]。时间驱动(Clock Driven)规定节点在特定的时间启动，往往规定采样周期；事件驱动(Event Driven)则规定节点在特定的事件发生时启动，例如中断产生时触发启动。至于一个系统是采用哪种驱动方式，则完全基于相应的控制策略，而不同的方式对系统的性能影响是不同的[14]。目前，在许多研究中大部分情况下传感器采用Clock Driven，而控制器和执行器采用Event Driven。Event Driven相对于Clock Driven具有以下优点：节点采用Event Driven时，数据一到达便进行运算，因此不存在等待数据被采样的时间；由于不会出现采用Clock Driven时的无效采样或丢包等问题，从而提高了数据的传输效率[15]。
因此，对于网络控制系统的研究包括两个方面：一是设计有效的网络调度策略，保证网络质量良好,减少因丢包、误码、错序产生的时延及其对网络控制系统性能的影响，从而进一步完善控制性能；二是把网络与通信协议作为已知条件，考虑网络诱导时延、数据丢包等因素，研究基于差分方程描述的系统的控制策略[16]。
1.3 本文所做的工作
本文分为四章，各章节的安排如下：
第一章 介绍网络控制系统（NCS）的基本概念与结构及其，从两方面研究其控制策略。
第二章 以二级倒立摆为控制对象进行建模，并且设计基于LQR方法的控制器，对其进行稳定性控制。
第三章 介绍基于Simulink环境下的仿真工具箱Truetime,并以二级倒立摆为控制对象搭建网络仿真平台。
第四章 针对影响NCS的因素进行分析，比较不同网络参数下的控制效果。
1.4 本章小结
本章介绍了网络控制系统（NCS）的基本定义及其组成部分，因其控制原理在于利用网络进行数据的传输与处理，由此也带来一些网络传输环境下容易产生的问题，在对实际系统进行控制时就可以分别从网络调度机制和网络控制策略两方面考虑，进而提出了本文所要做的工作，即对实际二级倒立摆进行建模进行相关问题的研究。
2 倒立摆系统模型的建立与控制
2.1 概述
倒立摆装置作为自动控制原理中的典型设备装置，也是控制理论中典型的物理模型。它深刻揭示了自然界一种基本规律，即对于一个自然不稳定的被控对象，如何运用控制手段使其具有良好的稳定性。在稳定性控制的问题上，倒立摆系统结构简单、价格低廉，便于模拟和数字实现多种不同的控制方法，作为被控对象，它阶次高、具备一定的不稳定性和非线性、耦合度高，只有采用有效的控制策略才能实现其稳定[17]。