基于TrueTime仿真的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)基本問(wèn)題研究

◆蔣海霞 童瑋 楊健

基于TrueTime仿真的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)基本問(wèn)題研究

◆蔣海霞 童瑋 楊健

（陸軍工程大學(xué)通信工程學(xué)院 江蘇 210007）

網(wǎng)絡(luò)的介入，使網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)產(chǎn)生了一些不可避免的問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、數(shù)據(jù)包丟失、通信協(xié)議的選取、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、驅(qū)動(dòng)方式等，均會(huì)影響控制系統(tǒng)的性能。利用TrueTime仿真工具箱，本文采用PD控制器，構(gòu)建了一個(gè)以直流伺服電機(jī)為被控對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真模型，主要研究了時(shí)延對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的影響，以及在一定時(shí)延條件下，其他幾個(gè)因素對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的影響。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；時(shí)延；TrueTime仿真工具箱；系統(tǒng)性能

1 引言

控制系統(tǒng)中的傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等可能分布于不同的地理位置，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將它們連接起來(lái)，形成全分布實(shí)時(shí)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，以下簡(jiǎn)寫(xiě)作NCS）。該交叉學(xué)科是網(wǎng)絡(luò)通信與控制理論研究領(lǐng)域備受關(guān)注的國(guó)際前沿性課題之一[1]。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展?jié)摿薮?。但由于網(wǎng)絡(luò)的引入，節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一系列不可避免的現(xiàn)象，如多包傳輸、數(shù)據(jù)碰撞、丟包、時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)擁塞等問(wèn)題，它們都會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能。本文簡(jiǎn)單闡述了NCS中存在的基本問(wèn)題，采用基于MATLAB環(huán)境的TrueTime仿真工具箱[2]，構(gòu)建了NCS仿真模型。通過(guò)仿真分析，研究了由于網(wǎng)絡(luò)的引入從而無(wú)法避免的時(shí)延對(duì)系統(tǒng)性能的影響，同時(shí)仿真分析了時(shí)延存在的情況下其他因素對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響。

2 NCS基本問(wèn)題分析

本文采用一種典型NCS結(jié)構(gòu)[3]，以研究NCS的基本問(wèn)題對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響，如圖1所示。

圖1 典型結(jié)構(gòu)的NCS

圖1中箭頭方向表示信號(hào)流動(dòng)的方向，其中，τca：控制器到執(zhí)行器的時(shí)延，τsc：傳感器到控制器的時(shí)延?？刂破鲗?duì)被控對(duì)象的控制是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)作為主要傳輸介質(zhì)被控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器、傳感器和控制器共享。

由于網(wǎng)絡(luò)的介入，NCS運(yùn)行機(jī)制、分析和設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，存在不同于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本問(wèn)題，主要有：網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、通信媒體類(lèi)型及協(xié)議、數(shù)據(jù)包傳輸、節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度等[4]。為進(jìn)行仿真分析，需首先了解NCS的基本問(wèn)題。

2.1 網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延

由于網(wǎng)絡(luò)帶寬受限且數(shù)據(jù)流量隨機(jī)變化，控制系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送、交換數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)信息碰撞、擁塞、丟包等現(xiàn)象，時(shí)延是不可避免的，這種由傳輸網(wǎng)絡(luò)引起的時(shí)延即為網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延（Network-induced Delay）。時(shí)延不僅會(huì)讓系統(tǒng)性能變差，還可能縮小系統(tǒng)的穩(wěn)定范圍，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，因此在所有影響網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的因素中，網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延是最主要的因素。而網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延的特性，主要取決于系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)采用的媒體類(lèi)型及協(xié)議，例如緩存隊(duì)列的排隊(duì)時(shí)間等是造成時(shí)延不確定性的主要原因，同時(shí)也與節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式、數(shù)據(jù)包傳輸、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略等諸多因素有關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中需綜合考慮各種情況，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使時(shí)延符合系統(tǒng)的性能要求[1] [3]。

2.2 通信媒體類(lèi)型及通信協(xié)議

在NCS中，作為主要傳輸媒介的通信網(wǎng)絡(luò)可以是有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，既可借助于公用的Internet、WLAN，也可以搭建專(zhuān)用的傳感器網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等。根據(jù)控制系統(tǒng)信息傳輸與交換的需要，可以采用不同的通信協(xié)議。在隨機(jī)訪問(wèn)中，以太網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議，總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)采用CSMA/AMP協(xié)議；而在輪詢(xún)服務(wù)中，主要采用令牌總線(xiàn)方式。采用不同的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和特征也不同，因而使網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有不同的特性，制約著網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制性能產(chǎn)生影響[5]。

2.3 數(shù)據(jù)包傳輸

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸主要有單包傳輸和多包傳輸兩種方式。將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成一個(gè)數(shù)據(jù)包等待傳輸即為單包傳輸，而將數(shù)據(jù)封裝成多個(gè)數(shù)據(jù)包等待傳輸，即為多包傳輸。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)傳感器在物理空間范圍內(nèi)的分布情況，以及不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀的容量大小，綜合考慮采用單包傳輸還是多包傳輸。例如若網(wǎng)絡(luò)中的傳感器分布遠(yuǎn)而廣，則采用單包傳輸，即將數(shù)據(jù)放在一個(gè)包中傳輸就不切實(shí)際；又如以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)幀的容量達(dá)到1500字節(jié)，適宜單包傳輸大批量數(shù)據(jù)；而在總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)幀的容量?jī)H為8字節(jié)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)需分成多個(gè)包進(jìn)行傳輸，適合傳輸數(shù)據(jù)量小且需快速傳輸?shù)目刂菩畔ⅰ?/p>

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，面臨著節(jié)點(diǎn)沖突、網(wǎng)絡(luò)擁塞和多路徑等眾多影響因素，多包傳輸時(shí)，還存在多個(gè)包不能同時(shí)到達(dá)接收端，這將直接增加接收處理時(shí)間，并間接增加了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析方法也會(huì)因采用的數(shù)據(jù)包傳輸方式而不同，性能同樣受到影響。

2.4 節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，包括控制器、傳感器、執(zhí)行器等主要節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)方式分為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)（Clock Driven）、事件驅(qū)動(dòng)（Event Driven）兩類(lèi)[6]。若網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)在預(yù)定時(shí)間啟動(dòng)工作，則稱(chēng)為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)方式；若網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在發(fā)生特定事件時(shí)啟動(dòng)工作則稱(chēng)為事件驅(qū)動(dòng)方式。一般來(lái)說(shuō)，傳感器節(jié)點(diǎn)為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，即按系統(tǒng)時(shí)鐘周期性對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行采樣；控制器節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)多采用事件驅(qū)動(dòng)方式，即當(dāng)控制器收到來(lái)自傳感器的信號(hào)時(shí)，立即進(jìn)行控制計(jì)算等相關(guān)操作，而當(dāng)執(zhí)行器接收到控制器傳來(lái)的信號(hào)時(shí)，立即執(zhí)行命令，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的調(diào)整。

不同的工作方式對(duì)系統(tǒng)的性能影響不同，事件驅(qū)動(dòng)相比于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)在事件到來(lái)時(shí)立即啟動(dòng)工作，無(wú)采樣等待時(shí)間，時(shí)延減少；亦避免了空采樣、時(shí)鐘同步困難等問(wèn)題。其缺點(diǎn)是比時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)難度大。

2.5 網(wǎng)絡(luò)調(diào)度

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，必然出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度通過(guò)規(guī)定各節(jié)點(diǎn)發(fā)送次序的優(yōu)先級(jí)、發(fā)送時(shí)刻以及發(fā)送間隔，以期盡可能地避免信息沖突和網(wǎng)絡(luò)擁塞，合理分配資源，從而降低丟包率、減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)控制性能的目的。

在NCS的時(shí)延組成和性能影響等因素中，調(diào)度算法是重要因素之一。由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡、網(wǎng)絡(luò)資源有限，因此網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中需合理設(shè)計(jì)調(diào)度算法，充分利用帶寬的同時(shí)盡量避免發(fā)生信息沖突，保證實(shí)時(shí)性要求，提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

目前，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的調(diào)度方法主要有兩大類(lèi)：靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)度算法。預(yù)先離線(xiàn)分配好各節(jié)點(diǎn)任務(wù)的發(fā)送次序優(yōu)先級(jí)、發(fā)送時(shí)刻和發(fā)送時(shí)間間隔等稱(chēng)為靜態(tài)調(diào)度算法，例如：?jiǎn)握{(diào)速率算法（RM）、截止期單調(diào)算法（DM）。與靜態(tài)調(diào)度算法不同，動(dòng)態(tài)調(diào)度算法根據(jù)任務(wù)的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整各節(jié)點(diǎn)任務(wù)的發(fā)送次序，在線(xiàn)動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源。如最小截止期優(yōu)先算法（EDF）。動(dòng)態(tài)調(diào)度算法比靜態(tài)調(diào)度算法更能適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)，因此受到更多的關(guān)注。

3 NCS仿真建模與分析

利用MATLAB仿真網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)，為了模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，采用了TrueTime仿真工具箱。研究中利用其搭建了仿真模型，首先仿真了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)NCS性能的影響。然后在一定時(shí)延條件下，通過(guò)改變數(shù)據(jù)傳輸速率、通信模式、丟包率等參數(shù)，仿真分析了上節(jié)所分析的NCS基本問(wèn)題中涉及的相關(guān)因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

3.1 TrueTime仿真工具介紹

TrueTime是瑞典隆德大學(xué)自動(dòng)化系于2002年推出的基于MATLAB/Simulink的NCS仿真工具箱，用來(lái)仿真分布式的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該工具箱具有豐富的功能，可以實(shí)現(xiàn)任一種網(wǎng)絡(luò)下控制系統(tǒng)與實(shí)時(shí)調(diào)度的綜合仿真研究，是目前應(yīng)用最廣的NCS仿真工具之一。

3.2 仿真建模

直流電機(jī)是常見(jiàn)的一種驅(qū)動(dòng)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，如智能機(jī)器人、無(wú)人駕駛和航天航空領(lǐng)域等。直流電機(jī)響應(yīng)速度快，對(duì)控制回路中的時(shí)延比較敏感，因此選擇直流電機(jī)作為被控對(duì)象來(lái)研究時(shí)延以及存在時(shí)延情況下其他因素對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的影響，并建立仿真模型。

考慮受控對(duì)象是一直流電機(jī)，其傳遞函數(shù)為：

參考輸入采用方波，周期為1s，振幅為1.0?？刂破鞑捎肈M調(diào)度算法，且為提高NCS的快速性和穩(wěn)定性，控制器采用比例微分（PD）控制算法：

參考取值：=0.01，=1，T=0.04，=100.0。

利用基于MATLAB/Simulink軟件平臺(tái)的TrueTime仿真工具箱，建立NCS仿真模型，如圖2所示，其中控制器用一個(gè)內(nèi)核模塊建模，傳感器和執(zhí)行器共用一個(gè)內(nèi)核模塊建模，網(wǎng)絡(luò)模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建模。

圖2，傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor node）采用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)方式，周期性的采樣輸出測(cè)量值，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊（TrueTime network）將采樣信號(hào)發(fā)送給控制器節(jié)點(diǎn)（controller node）。因?yàn)榭刂破鞴?jié)點(diǎn)采用的是事件驅(qū)動(dòng)方式，所以接收到采樣數(shù)據(jù)后，通過(guò)PD算法立即計(jì)算控制信號(hào)，然后將計(jì)算結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送給執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)（actuator node）。由于執(zhí)行器也采用事件驅(qū)動(dòng)，所以當(dāng)接收到控制信號(hào)立即啟動(dòng)工作，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。

3.3 仿真分析

利用TrueTime對(duì)NCS進(jìn)行仿真時(shí)，初始化和代碼編寫(xiě)是關(guān)鍵，其代碼編寫(xiě)可以選擇C++或者M(jìn)ATLAB語(yǔ)言，有所不同的是，C++運(yùn)行速度快但編寫(xiě)難度較大，MATLAB編寫(xiě)簡(jiǎn)單更易理解。

圖2 NCS仿真模型

3.3.1時(shí)延對(duì)NCS性能的影響

仿真中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用以太網(wǎng)協(xié)議（CSMA/CD），數(shù)據(jù)傳輸速率為80kbps，最小數(shù)據(jù)幀設(shè)定為80bits，不存在數(shù)據(jù)丟失即設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)Loss probability=0，各節(jié)點(diǎn)信息調(diào)度策略采用截止期單調(diào)DM；傳感器采樣周期為10ms，仿真時(shí)間為4s。

圖3給出了時(shí)延分別為2ms、5ms、7ms、7.5ms和8ms的仿真結(jié)果。

圖3 時(shí)延對(duì)NCS性能影響的仿真結(jié)果

將兩個(gè)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后所得的結(jié)果如表1所示：

表1 時(shí)延與性能指標(biāo)的關(guān)系

從仿真結(jié)果可知，當(dāng)時(shí)延為2ms時(shí)，系統(tǒng)輸出能夠較好地跟隨輸入，控制性能良好，但隨著時(shí)延的增加，系統(tǒng)的超調(diào)量增大，上升時(shí)間縮短，當(dāng)時(shí)延為7ms時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)量近似為72.79%，系統(tǒng)穩(wěn)定性迅速變差，時(shí)延進(jìn)一步增大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，時(shí)延為8ms時(shí)系統(tǒng)已振蕩發(fā)散。

3.3.2傳輸速率對(duì)NCS性能的影響

NCS中數(shù)據(jù)傳輸速率主要跟網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)和訪問(wèn)協(xié)議有關(guān)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，可以仿真不同傳輸速率對(duì)NCS性能的影響。

在仿真中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用CSMA/CD協(xié)議，傳感器采樣周期為10ms，最小數(shù)據(jù)幀設(shè)定為80bits，不存在數(shù)據(jù)丟失即設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)Loss probability=0，各節(jié)點(diǎn)信息調(diào)度策略采用截止期單調(diào)DM；時(shí)延為2ms，仿真時(shí)間為4s。

圖4給出了傳輸速率分別為40kbps、80kbps和320kbps的仿真結(jié)果。

從仿真結(jié)果可知，數(shù)據(jù)傳輸速率較低時(shí)，NCS控制性能較差；當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率較高時(shí)，NCS控制效果良好，性能較為穩(wěn)定。但傳輸速率受傳輸介質(zhì)和訪問(wèn)協(xié)議的限制，不可能無(wú)限增大，在實(shí)際應(yīng)用中，一般是通過(guò)合理的設(shè)計(jì)布線(xiàn)來(lái)保證較高的傳輸速率，而不是單純地提高傳輸速率。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)NCS性能的影響

3.3.3通信模式對(duì)NCS性能的影響

在NCS中，通信模式的不同也使NCS呈現(xiàn)出不同的性能。在仿真中，傳感器采樣周期為10ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為80kbps，不存在數(shù)據(jù)丟失即設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)Loss probability=0，最小數(shù)據(jù)幀設(shè)定為80bits，各節(jié)點(diǎn)信息調(diào)度策略采用截止期單調(diào)DM；時(shí)延為2ms，仿真時(shí)間為4s。

圖5分別給出了以太網(wǎng)（Ethernet）、令牌總線(xiàn)（Round Robin）和交換式以太網(wǎng)（Switched Ethernet）的仿真結(jié)果。

圖5 通信模式對(duì)NCS性能的影響

從仿真結(jié)果可以看出，不同的通信模式所呈現(xiàn)的系統(tǒng)性能不一樣，但沒(méi)有顯著差別。在這三種通信模式中，系統(tǒng)在采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)穩(wěn)定性最好。

3.3.4丟包對(duì)NCS性能的影響

在NCS中，大部分網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有數(shù)據(jù)重傳機(jī)制，即在一定時(shí)限內(nèi)，節(jié)點(diǎn)重發(fā)數(shù)據(jù)，如果超過(guò)這個(gè)時(shí)限范圍，數(shù)據(jù)包便被丟棄。丟包也是影響NCS性能的重要因素。

在仿真中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用以太網(wǎng)協(xié)議（CSMA/CD），傳感器采樣周期為10ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為80kbps，最小數(shù)據(jù)幀設(shè)定為80bits，各節(jié)點(diǎn)信息調(diào)度策略采用截止期單調(diào)DM；時(shí)延為2ms，仿真時(shí)間為4s。

圖6給出了丟包率分別為0、0.15、0.20和0.25的仿真結(jié)果。

圖6 丟包率對(duì)NCS性能的影響

從圖中可以看出，丟包率為0時(shí)系統(tǒng)性能較好，經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)超調(diào)量為26.44%。隨著丟包率的增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來(lái)越差，當(dāng)丟包率達(dá)到25%時(shí)系統(tǒng)已失穩(wěn)。

3.3.5調(diào)度策略對(duì)NCS性能的影響

在仿真中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用以太網(wǎng)協(xié)議（CSMA/CD），傳感器采樣周期為10ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為80kbps，最小數(shù)據(jù)幀設(shè)定為80bits，不存在數(shù)據(jù)丟失即設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)Loss probability=0，時(shí)延為2ms，仿真時(shí)間為4s。

圖7、圖8分別給出了采用DM和EDF調(diào)度策略的仿真結(jié)果。

圖8 采用EDF調(diào)度策略

從仿真結(jié)果可以看出，在該仿真條件下系統(tǒng)性能穩(wěn)定，采用DM調(diào)度算法和采用EDF調(diào)度算法對(duì)系統(tǒng)控制性能影響無(wú)明顯差別。因此調(diào)度策略可以不作為研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)從根本上突破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的局限性，促進(jìn)了控制、計(jì)算機(jī)與通信的綜合運(yùn)用和共同發(fā)展，從實(shí)踐上解決了對(duì)復(fù)雜遠(yuǎn)地系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的難題，因此對(duì)NCS的研究具有十分重要的意義。

本文從NCS的復(fù)雜性和綜合性方面考慮，利用基于MATLAB的TrueTime仿真工具箱，設(shè)計(jì)并建立NCS的仿真模型，通過(guò)仿真及數(shù)據(jù)分析，研究了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)系統(tǒng)性能的影響，以及存在時(shí)延的情況下數(shù)據(jù)傳輸速率、丟包率、通信模式以及調(diào)度策略等因素對(duì)NCS性能的影響。

本文的仿真模型較為簡(jiǎn)單，僅研究了單輸入單輸出的單回路控制系統(tǒng)，而實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)一般是多輸入多輸出的多回路分級(jí)控制復(fù)雜系統(tǒng)，可以在此模型基礎(chǔ)上，對(duì)多回路分級(jí)控制的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模，展開(kāi)研究。

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