网络控制系统与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 网络控制系统基本概念 1

1.1.1 常规控制系统与网络控制系统结构 1

1.1.2 网络控制系统定义与特点 3

1.2 网络控制系统的产生和发展 5

1.3 网络控制系统中的基本问题 6

1.4 网络控制系统的研究内容 7

1.4.1 对网络的控制 7

1.4.2 通过网络的控制 8

1.4.3 综合控制 9

第2章 网络与数据通信技术 10

2.1 计算机网络基础 10

2.1.1 计算机网络的形成与发展 10

2.1.2 计算机网络的概念 12

2.1.3 计算机网络的拓扑结构 15

2.2 数据通信技术 17

2.2.1 数据通信的基本概念 17

2.2.2 数据传输 19

2.2.3 信息交换技术 26

2.2.4 差错检测与控制 28

2.3 网络体系结构与协议 30

2.3.1 网络体系结构的基本概念 30

2.3.2 OSI参考模型 32

2.3.3 TCP/IP协议集 38

2.4 局域网技术 39

2.4.1 局域网概述 39

2.4.2 局域网访问控制方法 40

2.4.3 高速局域网技术 43

2.4.4 网络互连技术 44

第3章 实时控制网络 48

3.1 控制网络的基本概念 48

3.1.1 工业对象对网络的基本要求 48

3.1.2 控制网络的种类、功能和特点 50

3.1.3 网络协议与层次结构 52

3.1.4 控制网络的体系结构 52

3.2 介质层与控制网络 53

3.2.1 双绞线和其他有线介质 53

3.2.2 无线介质 56

3.2.3 光纤介质 57

3.3 物理层与控制网络 61

3.3.1 EIA RS-232物理层协议 61

3.3.2 EIA RS-422/RS-485物理层协议 63

3.3.3 ISO 11898物理层协议 66

3.3.4 IEEE 802.3物理层协议 68

3.3.5 IEEE 802.11物理层协议 69

3.4 数据链路层与控制网络 71

3.4.1 IEEE 802.3 MAC子层协议 71

3.4.2 IEEE 802.4/802.5 MAC子层协议 73

3.4.3 ISO 11898 MAC子层协议 77

3.4.4 CC-Link MAC子层协议 79

3.4.5 IEEE 802.11 MAC子层协议 82

3.5 应用层与控制网络 83

3.5.1 应用层基本控制模式 83

3.5.2 CAN总线应用层有界网络解决方案 88

3.6 常用网络协议的协议栈 89

3.6.1 DeviceNet协议栈 89

3.6.2 ControlNet协议栈 90

3.6.3 CC-Link协议栈 91

3.6.4 工业以太网协议栈 92

第4章 网络与控制性能分析 93

4.1 控制网络的动态服务性能 93

4.1.1 网络控制系统中信息传递的时序过程与时延构成 93

4.1.2 控制网络动态服务性能的解析分析 95

4.1.3 控制网络动态服务性能的仿真分析 98

4.2 网络控制系统采样周期的选择 99

4.2.1 采样周期和控制性能关系的定性分析 100

4.2.2 网络控制系统中采样周期的选取范围 101

4.3 网络控制系统的稳定性分析 102

4.3.1 网络传输时延对系统稳定性的影响 102

4.3.2 数据包丢失对系统稳定性的影响 105

4.3.3 同时具有时延和数据包丢失的网络控制系统的稳定性 106

第5章 网络控制系统调度方法 109

5.1 网络控制系统中的调度问题 109

5.1.1 网络控制系统的调度 109

5.1.2 网络调度问题中几个基本概念 110

5.1.3 网络调度的几种基本方法 111

5.2 实时系统及其任务调度 113

5.2.1 实时系统概述 113

5.2.2 实时调度与网络调度 115

5.3 静态RM调度算法 116

5.3.1 实时系统的RM调度算法 116

5.3.2 网络控制系统的RM调度算法 118

5.4 动态EDF调度算法 119

5.4.1 实时系统的EDF调度算法 119

5.4.2 网络控制系统EDF调度算法 120

5.5 网络控制系统调度与控制的协同设计 123

5.5.1 具有网络时延的NCS模型 124

5.5.2 NCS采样周期的优化 125

5.5.3 仿真实例 127

5.6 TRUETIME仿真工具箱 128

5.6.1 实时内核模块TrueTime Kernel 129

5.6.2 网络模块TrueTime Network 129

5.6.3 网络控制系统仿真 130

第6章 网络控制系统常规控制器的设计 137

6.1 网络服务质量对常规控制系统的影响 137

6.2 常规PID控制器及其参数修正方法 139

6.3 网络控制系统模糊自适应PI控制器 142

6.3.1 模糊自适应PI网络控制器结构 142

6.3.2 局部模糊自适应PI控制器 143

6.3.3 全局模糊自适应PI控制器 145

6.4 网络控制系统Smith预估控制 148

6.4.1 Smith预估控制器的原理 148

6.4.2 网络控制系统基本Smith预估控制 150

6.4.3 基本Smith预估控制——改进1 152

6.4.4 基本Smith预估控制——改进2 153

6.5 基于单神经元PID的NCS Smith预估控制 155

6.5.1 单神经元模型 155

6.5.2 几种典型的学习规则 157

6.5.3 单神经元的PID控制 157

6.5.4 自适应PSD 160

6.5.5 单神经元PID-Smith预估控制 160

第7章 网络控制系统先进控制规律的设计 163

7.1 极点配置设计方法 163

7.1.1 概述 163

7.1.2 网络控制系统的模型分析 163

7.1.3 网络控制系统控制器的设计 166

7.2 最优控制设计方法 173

7.2.1 概述 173

7.2.2 网络控制系统随机最优状态反馈控制规律 173

7.2.3 网络控制系统随机最优状态估计 175

7.2.4 网络控制系统随机最优控制器 177

7.3 鲁棒控制设计方法 179

7.3.1 概述 179

7.3.2 模型描述与基本假设 179

7.3.3 随机稳定与控制器设计 182

7.3.4 H∞扰动衰减分析 187

7.4 预测控制设计方法 192

7.4.1 概述 192

7.4.2 模型描述与基本假设 192

7.4.3 GPC控制算法简介 193

7.4.4 控制方案 197

第8章 网络控制实验系统 201

8.1 实验系统总体结构 201

8.2 实验系统硬件组成 202

8.2.1 嵌入式网络接口模块设计 202

8.2.2 数据采集模块设计 206

8.2.3 输出控制模块设计 207

8.3 实验系统软件 211

8.3.1 TCP/IP协议分析 211

8.3.2 下位机软件系统 216

8.3.3 上位机监控软件系统 229

8.4 实验分析 232

8.4.1 不同连接方式的实验 232

8.4.2 不同网络协议的实验 233

8.4.3 不同采样频率的实验 233

参考文献 235