摘 要

随着科技的发展，网络控制系统的应用越来越广泛。本文研究延时对系统性能的影响，给出仿真图像，并获得结论。

本文介绍网络控制系统的结构和工作原理，分析延时产生的原因及其对系统稳定性的影响。然后借助Matlab中的True Time工具箱搭建网络控制系统的仿真平台，为分析问题方便，建立一个控制对象为单回路直流电机采用PD算法控制的网络控制系统模型，给定一个方波信号，针对不同的延时情况得到仿真曲线。论文主要研究了延时对网络控制系统的响。研究结果表明：由于网络控制系统中干扰节点的加入产生一定的延时，再加上系统本身的传输延时，使系统性能变差的更快，降低了系统的稳定性。因此要尽量减少干扰节点的影响，从而减少网络控制系统的传输延时，使网络控制系统的性能更好更稳定。

关键词：网络控制系统；干扰；延时；True Time工具箱；PD算法

Abstract

With the development of science and technology, the application of network control system is more and more extensive. In this paper, the influence of delay on the system performance is studied, and the simulation image is given and the conclusion is obtained.

The networked control system structure and working principle are introduced in this paper, and analyze the causes and impact on system stability of time delay. Then, built a simulation platform of network control system with the help of True Time toolbox based on Matlab.We establish a network control system mode with single loop DC motor and PD control algorithm for the convenience of analysis.Next, given a square wave signal, get simulation curves according to different delays. This paper mainly studies the impact of time delay on the stability network control system. The results shows that because of the joining of the jamming nodes in the network control system ,it decreases performance of the system with the transmission delay of the system itself,and makes system become unstable.As the result,we should try to reduce the influence of jamming nodes, and reduce the transmission time delay network control system, in order to make the network control system has a better performance and more stable.

Key Words：Network control system; interference; delay; True Time toolbox; PD algorithm

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

第2章 延时分析 3

2.1 网络控制系统结构 3

2.2 延时产生原因 3

2.3 延时特性分析 4

2.4 延时产生机理及特性分析 5

2.5 延时对系统的影响 7

第3章 True Time仿真平台 8

3.1 True Time仿真环境概述 8

3.2 True Time功能 8

3.3 内核模块 9

3.4 网络模块 10

第4章 仿真分析 10

4.1 仿真模型设计 11

4.2 仿真节点设计 12

4.2.1 传感器节点 12

4.2.2 控制器节点 14

4.2.3 执行器节点 16

4.2.4 干扰节点 17

4.3 仿真结果 18

第5章 结论 21

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

本章主要通过查找资料介绍了网络控制系统的研究背景，以及该课题的研究目的与意义。了解了国内外关于该课题的研究现状，并针对提出了本课题研究内容及研究预期目标。

1.1 研究背景

网络控制系统NCS（networked control system）是一种基于网络的分布式控制系统，它是由通信网络系统与控制系统共同构成的复杂系统。更是融合了计算机技术、通信技术以及自动化控制技术，体现了控制系统的集成化、网络化、节点智能化的发展走向，是目前控制领域研究的新方向。

在科学技术高速发展的现代社会，网络充满了社会的各行各业，比如管理决策、资源共享、自动化制造控制、各种类型的机器人、航天航空器和电气化运输工具等诸多高科技领域和大型产业。网络控制系统的基本概念是一直到20世纪90年代初才被提出来的，提出过后就产生激烈的反应，受到质疑的同时也对传统的控制系统理论及其应用提出了巨大的挑战，从而促进了整个领域的进步。最初网络控制系统的基本概念是以RavA 为代表的科学家在研究集成通信控制系统时提出来的，而在以后的十几年里，因为科技的发展将网络引入控制系统受到广泛的推崇，网络控制系统自然也受到大家的重视，成为接下来这么长时间以来的一个热门。我们知道前人在改善网络控制系统的弊端上基本只有两种方案：第一条方法是改善网络传输的性能，从而减少网络传输过程中会引发的一些问题，这样网络控制系统的性能就自然得到提升;另外一种途径是把网络与通信协议作为已知条件，考虑网络传输过程中诱导延时、数据丢包等因素，研究基于延时的微分方程用来描述控制系统的策略设计，采取补偿措施来减小延时产生的影响。现在也出现了将两种方法综合考虑结合在一起运用的实例,效果还可以,这也是可以考虑的一个方向。从目前大家研究的成果来看，网络延时对网络控制系统有非常大的影响，可以使系统不稳定，这在实际应用中对系统的影响是非常巨大的，所以目前大家都在积极寻求出路。如今在随机延时的网络控制系统的研究领域，已经有科学家提出过基于确定性的预报器的延时补偿方法。其主要思想就是利用已经得到的测量信号，利用观测器来反向重新构造控制系统过去的状态，然后再利用预报器提前预报系统的状态，从而依据得到的来生成控制信号，用此方法来补偿延时对控制系统造成的影响。这种方法目前应用也较为广泛。

1.2 目的及意义

工业控制从起步时期的就地控制和集中控制的特点发展到现在依然应用较广泛。虽然其技术和工艺己经发展到非常成熟的地步,但是不可否认的是它依然存在着许多不足,表现最为突出的就是一对一的结构特点。直到现场总线概念的出现，它不仅促进了工艺设备的网络化和数字化,而且使现场控制功能更加强大应用更加广泛。这一进步带来了开放性的过程控制系统,使以往单一僵化的系统成为目前具有测量、控制、过程诊断和执行的具有综合能力的网络控制系统。当前工业自动控制系统呈现分散化的网络结构,与此同时带来的是系统结构越来越复杂,其内部连接也越来越呈现高速化、紧密化的特点,以太网应用于网络控制系统己经成为大势所趋。网络控制系统有许多优点：它可以实现资源的共享,可以远程操控,具有很强的诊断能力,其安装和维护简单,最重要的一点是成本低廉。

尽管网络控制系统已经有很大的发展，但是其理论还不成熟，还有很大的发展空间，尽管如此以现场总线技术为基础的网络控制系统在工业发展领域都有很大的应用，总而言之，现在为止网络控制系统理论方面的成果还远远落后于工业科技发展的实际需要。这都是我们可以考虑的问题，也是科学界需要解决的难题。

1.3 国内外研究现状

虽然网络控制系统从概念被提出到现在一直很热门，但是在网络化控制系统理论研究领域却没有受到重视起步和发展缓慢,直到90年代初国外才着眼该课题,而国内更是起步更晚,所以针对这一领域的研究仅仅是涉及到网络化控制系统理论中的比较浅层次的问题。所以在目前有关这方面研究的文献中,主要是针对网络控制系统的建模仿真和网络控制系统的设计等方面提出的一些思路和想法,还有许多关于网络控制系统的问题没有获得解决,所以这里边还有许多问题等着我们去研究和解决。