Truetime网络控制系统数据包丢失的模型探讨与仿真(2)

菜单

1.1 网络控制系统的产生背景

传统的控制模式往往通过点对点的专线将传感器信号传送到控制器，而后，再通过点对点的专线将控制信号传送到执行器。此类结构模式下的控制系统布线复杂，使得系统成本增加，降低了系统的可靠性、抗干扰性和灵活性，而且扩展不方便。特别地，随着地域的分散以及系统的不断复杂，采用传统布线设计的控制系统成本高、可靠性差、故障诊断和维护难等弊端更加突出。而且，随着计算机、传感器和通讯技术的日益普及，控制计算必须越来越多地在分布式的环境中完成。因此，在这种信息极其丰富的环境中，为了提高反馈控制系统的性能，必须设计出一种新的控制系统模式。

为了解决这些问题，将网络引入到控制系统中，采用分布式控制系统来取代独立控制系统，使得众多的传感器、控制器和执行器等系统的主要功能部件通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，从而避免了彼此专线的敷设，而且可以实现资源共享、远程操作和控制，提高系统的诊断能力、方便安装与维护，并能有效减少系统的重量和体积、增加系统的灵活性和可靠性[2]。

总之，网络控制系统的发展顺应了计算机、网络和控制技术融合的潮流，代表了下一阶段信息的方向。它的出现将会大大促进控制理论与技术的发展，在实践上将能解决复杂大系统控制和远程实时控制中遇到的技术难题；理论上可以促进控制、计算机、微电子和通讯技术等多门学科的交叉渗透，使控制理论和技术进入一个崭新的阶段。

1.2 网络控制系统概述

网络控制系统又被称为基于网络的控制系统或网络化控制系统，是一种完全网络化分布化的控制系统，是通过网络构成闭环的反馈控制系统[3]。具体来说，网络控制系统以网络作为传输介质，实现传感器控制器和执行器等系统各部件之间的信息交换，从而实现资源共享，远程监测与控制。

1.2.1 网络控制系统的系统结构

网络控制系统一般由由三部分组成：控制器，被控对象以及通信网络[4]。被控对象一般为连续系统，而控制器一般采用离散系统。被控对象的输出通过传感器采样的方式离散化并通过通信网络发送到控制器的输出端。控制器进行运算后，将输出通过网络发送到被控对象的输入端，并由零阶保持器生成分段连续洗漱作为连续系统的输入。在一个网络控制系统中，被控对象，传感器，执行器和控制器可以分步在不同的物理位置上，控制器可以不止一个，被控对象也可以不止一个，一个控制器可以控制多个对象，同时一个被控对象也可以通过控制器信息融合的方式或者分时的方式被多个控制器控制。

1.2.2 网络控制系统的特点

网络控制系统的结构决定了网络控制系统具有如下特点[5]:

(l)结构网络化:NCS支持各种拓扑图,如总线，星形，树形等,这些结构比级联结构控制系统具有更好的平稳性。

(2)节点智能化:带有中央处理器的智能化节点之间能够通过网络传输信息和协调操作,其中的每个节点可认为是组成网络控制系统的一个单元,能完成相对独立的功能。

(3)控制现场化和功能分散化:网络化结构使原先由中央控制器实现的任务下放到智能化现场设备上执行,这使危险因素得到分散,从而提高系统的可靠性和安全性。

(4)系统开放化和产品集成化:NCS的开发是遵循一定的标准进行的,是一个开放的系统,只要按照统一的标准进行研制和开发,所有的NCS产品可根据相应的标准集成。这些特点使得NCS具有如下一些突出优点:可实现资源共享,提高系统的模块性，可靠性,减少了安装和维护费用。同时,也正是因为网络控制系统的这些特点,使得网络控制系统的性质很大程度上依赖于网络结构和相关参数的选择,这里包括传输率，接入协议(MAC)，数据包长度，数据量化参数等。在网络控制系统中,网络环境的影响通常是无法忽略的,这些影响产生的问题我们将在下节进行详细的叙述。