具有数据包丢失的网络控制系统的分析与丢包补偿

论文摘要

随着Internet的快速发展,网络控制系统的应用逐渐成为研究的热点。网络控制系统是通过实时的网络构成闭环的反馈控制系统,与传统的点对点式的控制系统相比,网络控制系统具有信息资源能够共享、连线少、易于系统扩展和维护、可靠性和灵活性高等优点,但同时工业过程和控制器经过网络传输信号以后,数据传输不可避免的存在延时、丢包、多包传输等问题,导致网络性能下降甚至不稳定。本文的主要内容为具有数据包丢失的网络控制系统的控制策略研究。文中首先介绍了网络控制系统的发展概况及网络控制系统由于加入了网络而存在的问题;其次,对网络传输进行了丢包分析,并对包含网络的广义被控对象建立了离散数学模型;再次,针对网络传输产生的控制器到执行器丢包问题,对传输丢包的网络控制系统提出了丢包补偿策略,设计Kalman滤波连续丢包补偿器;最后,给出实例仿真,证明了基于Kalman滤波连续丢包补偿策略的可行性和有效性。文章的结尾展望了网络控制系统理论的发展前景以及在以后的工作中需要学习和努力的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统背景与现状
• 1.2 网络控制系统现存的基本问题及应对策略
• 1.2.1 网络诱导时延及抖动
• 1.2.2 单包/多包传输
• 1.2.3 网络通信调度与QoS
• 1.2.4 数据包丢失
• 1.3 选题意义
• 1.4 论文工作
• 第二章 网络控制基础
• 2.1 NCS的发展过程
• 2.2 NCS的结构模型
• 2.3 NCS的传输协议
• 2.3.1 以太网（CSMA/CD）
• 2.3.2 令牌环网（Token-Passing Bus）
• 2.3.3 设备网（CAN Bus）
• 2.3.4 三类控制网络的比较
• 2.4 小结
• 第三章 具有数据包丢失的NCS的分析与建模
• 3.1 具有数据包丢失的NCS分析
• 3.1.1 NCS中数据包的传输问题
• 3.1.2 NCS中数据包丢失的原因
• 3.2 目前解决网络丢包的策略与方法
• 3.2.1 抑制丢包的产生
• 3.2.2 修复丢失的数据包
• 3.3 具有数据包丢失的网络控制系统的模型
• 3.3.1 单包传输时有数据包丢失的状态反馈NCS模型
• 3.3.2 单包传输时有数据包丢失的输出反馈NCS模型
• 3.4 小结
• 第四章 具有数据包丢失的NCS的补偿器设计与稳定性分析
• 4.1 引言
• 4.2 Kalman滤波状态反馈补偿器设计
• 4.2.1 基于Kalman滤波的状态反馈模型
• 4.2.2 分析状态反馈模型数据包丢失的三种状态及补偿原理
• 4.2.3 稳定性分析
• 4.2.4 状态反馈补偿仿真实例
• 4.3 Kalman滤波输出反馈补偿器设计
• 4.3.1 基于Kalman滤波的输出反馈模型
• 4.3.2 分析输出反馈模型数据包丢失的三种状态及补偿原理
• 4.3.3 输出反馈补偿仿真实例
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 对于网络控制系统研究的展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢