[發(fā)明專利]基于TrueTime的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710274416.6
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107024871A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃玲;韓建偉;毛毳
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(network control system, NCS)本質(zhì)上屬于一種分布式的實時反饋控制系統(tǒng)，其主要組成部分可以分為四大塊：分別是傳感器、執(zhí)行器、控制器和被控對象，他們通過網(wǎng)絡(luò)相互連接，雖然不在同一地理位置，卻可以相互通信。當數(shù)據(jù)信息在控制器、傳感器以及執(zhí)行器之間進行傳輸時一般是以通信網(wǎng)絡(luò)為載體的，網(wǎng)絡(luò)代替了傳統(tǒng)的線路，從而在控制被控單元的時候就可以遠距離操控，從這個角度上來理解，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種可以達到遠距離的控制或監(jiān)控一些對象如生產(chǎn)線等的控制系統(tǒng)，在這個控制過程中，借助的是無線網(wǎng)、因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的功能。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)嵌入在回路中的不同，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)也有廣義狹義之分，這里所指的狹義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，通常采用的是現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)等局域網(wǎng)，而廣義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中通常采用的是通用計算機網(wǎng)絡(luò)如Internet等廣義網(wǎng)。兩者雖然采用的網(wǎng)絡(luò)不同，但是兩者的控制結(jié)構(gòu)是相似的。本發(fā)明具有操作簡便，方便研究采樣周期，網(wǎng)絡(luò)時延，丟包率以及系統(tǒng)擾動等對NCS性能的影響。這對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的研究價值和現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于設(shè)計出一個基于TrueTime的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，來研究采樣周期，網(wǎng)絡(luò)時延，丟包率以及系統(tǒng)擾動對NCS性能的影響。這對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的進一步研究打下了基礎(chǔ)。

本發(fā)明的操作方案。

首先進行仿真參考的設(shè)置：網(wǎng)絡(luò)的通信模塊采用CSMA/AMP方式，最小數(shù)據(jù)幀設(shè)定為5bytes，數(shù)據(jù)傳輸速度為80kb/s，不存在外部的系統(tǒng)擾動，也沒有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失，固定優(yōu)先級prioFP這一調(diào)度策略應(yīng)用于各個節(jié)點，采樣的周期選取10ms，傳感器與控制器之間的時延τ_sc=0.4ms，控制器的計算時間τ_c=0.5ms，控制器與執(zhí)行器之間的時延τ_ca=0.5ms。然后對采樣周期，網(wǎng)絡(luò)時延，丟包率以及系統(tǒng)擾動分別進行仿真研究。

針對采樣周期對NCS性能的作用：采樣周期選取10ms（h=10）時的曲線作為控制系統(tǒng)仿真的參考線；如果采樣周期過長（采樣周期設(shè)置為20ms，通過修改采樣周期h=20），會導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變差；當采樣周期過短時（采樣周期設(shè)置為2.5ms，通過修改采樣周期h=2.5），會增加網(wǎng)絡(luò)的負載，使數(shù)據(jù)包丟失，進而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

針對時延對NCS性能的作用：時延對NCS性能的影響很大，它能夠降低整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此仿真的參考線為：τ =1.4ms（τ_sc=0.4ms，τ_c =τ_ca=0.5ms）。短時延的仿真曲線為：τ=9ms（τ_sc=τ_c=τ_ca=3ms）。長時延的仿真曲線為：τ=13ms（τ_sc =τ_c =4ms，τ_ca =5ms）。從仿真中能夠看到，在一定時延范圍內(nèi)，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。而在長時延的情況下，系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增加，甚至失穩(wěn)。

針對丟包率對NCS性能的作用：在一定程度上，一定量的數(shù)據(jù)丟包率不會影響一個 NCS 的整體穩(wěn)定，但如果信息數(shù)據(jù)的丟失超過了某個范圍，將會使系統(tǒng)承受不了，進而影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，乃至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。丟包率通過 NETWORK 模塊中的參數(shù)進行設(shè)置。

針對系統(tǒng)擾動對NCS性能的作用：干擾節(jié)點的作用是通過在傳輸網(wǎng)絡(luò)上輸入干擾信號，來控制網(wǎng)絡(luò)負載。在本發(fā)明中，可以通過修改系統(tǒng)擾動模塊的相關(guān)參數(shù)（即修改參數(shù)Bwshare的數(shù)值）來對擾動信號進行調(diào)整，并仿真得出系統(tǒng)擾動越大，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響越大，超過一定范圍，還會使網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)失穩(wěn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的有關(guān)基于TrueTime的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真模型圖。

基于TrueTime的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計的運行步驟為：