1 绪论 1
1.1 计算机网络概述 1
1.2 工业自动化的发展及工业控制网络技术的产生 8
1.3 控制网络与信息网络的区别 11
1.4 控制网络的类型及其相互关系 12
1.5 控制网络与信息网络的集成技术 13
思考题 14
2 网络通信基础与工业控制网络的体系结构 15
2.1 网络通信基础知识 15
2.1.1 数据通信 15
2.1.2 数据编码技术 18
2.1.3 数据的基带传输和频带传输 25
2.1.4 数据交换技术 27
2.1.5 传输介质 29
2.1.6 信道共享 31
2.1.7 差错控制技术 39
2.2 计算机网络系统的OSI模型 49
2.2.1 OSI参考模型的3个抽象层次 49
2.2.2 模型层次划分的原则 49
2.2.3 OSI参考模型的结构 49
2.2.4 OSI参考模型中的基本概念 50
2.2.5 OSI参考模型各层功能的划分 52
2.3 现场总线控制网络的模型 53
2.3.1 基金会现场总线通信模型 53
2.3.2 LonWorks通信模型 54
2.3.3 PROFIBUS通信模型 54
2.3.4 HART通信模型 54
2.3.5 CAN通信模型 55
2.4 以太控制网络的模型 55
2.4.1 IEEE 802模型与标准 55
2.4.2 以太控制网络参考模型 56
2.5 分布式网络控制技术 56
2.5.1 分布式控制网络的结构 57
2.5.2 分布式网络计算平台 57
2.5.3 分布式控制网络技术要点 59
思考题 59
3 网络控制系统的数学模型 61
3.1 网络控制系统的基本概念 61
3.1.1 网络控制系统的定义 61
3.1.2 网络控制系统的不足与需要解决的问题 62
3.2 网络控制研究中存在的问题 62
3.2.1 时变传输周期 62
3.2.2 网络调度 62
3.2.3 网络诱导时延 63
3.2.4 单包传输和多包传输 63
3.2.5 数据包的时序错乱 63
3.2.6 数据包丢失 63
3.2.7 节点的驱动方式 63
3.2.8 时钟同步 64
3.3 基于数据流程的网络控制系统模型 64
3.4 网络控制系统数学模型的建立 65
3.4.1 网络控制系统的复杂性分析 65
3.4.2 网络控制系统的Razumikhin型时滞模型 66
3.4.3 网络诱导时延的NCS离数建模 67
3.4.4 时延小于一个采样周期时NCS的建模 68
3.4.5 时延大于一个采样周期时NCS的建模 71
思考题 72
4 网络控制系统的能控性和能观性 73
4.1 线性系统的能控性 73
4.2 线性系统的能观性 74
4.3 网络控制系统能控性和能观性分析 74
思考题 79
5 网络控制系统的稳定性分析 80
5.1 概述 80
5.2 稳定性的概念 80
5.3 Razumikhin型定理 81
5.4 不依赖于时滞的网络控制系统的稳定性 82
5.5 时滞依赖的网络控制系统的稳定性 84
5.6 长时滞网络控制系统的稳定性研究 86
5.7 仿真实例 88
小结 89
思考题 90
6 网络控制系统的设计 91
6.1 概论 91
6.2 网络控制系统的确定性控制理论 91
6.2.1 确定性网络控制系统的时延变换控制 92
6.2.2 确定性网络控制系统的状态预测控制 93
6.2.3 网络控制系统状态观测器的设计 94
6.2.4 具有状态观测器的网络控制系统性能分析 95
6.3 最优随机控制的基本理论 97
6.3.1 离散时间随机状态控制系统 98
6.3.2 离散LQG完全状态信息情况 98
6.3.3 离散LQG不完全状态信息情况 99
6.4 基于在线时延估计的控制策略 100
6.4.1 最优LQG控制 100
6.4.2 在线时延评估方法 101
6.4.3 平均时延窗口方法 101
6.4.4 仿真实例 102
6.5 随机输出反馈控制 103
6.6 网络控制系统的随机最优输出反馈控制 104
6.7 随机状态反馈控制 105
6.8 仿真实例 105
思考题 106
7 工业控制网络技术与协议 107
7.1 工业控制网络的基本概念 107
7.2 现场总线技术概论 107
7.3 典型现场总线技术 112
7.3.1 基金会现场总线FF 112
7.3.2 PROFIBUS 113
7.3.3 CAN 115
7.3.4 DeviceNet 115
7.3.5 LonWorks 117
7.3.6 ControlNet 117
7.4 现场总线技术的局限性 119
7.5 工业以太网技术概论 119
7.5.1 以太网的优势 119
7.5.2 以太网向现场控制层的延伸——工业以太网技术 122
7.6 典型的工业以太网技术 127
7.6.1 工业以太网技术的发展现状 127
7.6.2 工业以太网的主要标准 129
7.6.3 工业以太网技术的发展趋势与前景 133
思考题 135
8 具有工业以太网通信的变频器设计与实现 136
8.1 问题的提出 136
8.1.1 变频器及其网络通信技术发展简介 136
8.1.2 具有工业以太网通信的变频器的提出 137
8.2 基于数据分类的工业以太网 138
8.2.1 拓扑结构 138
8.2.2 数据分类 138
8.2.3 控制算法 139
8.2.4 网络设备 139
8.3 网络变频器的TCP/IP通信 140
8.3.1 DSP芯片TMS320F2812 140
8.3.2 TCP/IP通信的硬件基础 145
8.3.3 TCP/IP通信的软件设计 146
8.3.4 专用测试与控制软件 148
8.4 网络变频器控制系统测试 149
8.4.1 网络变频器的PID环节简介 149
8.4.2 双容水箱系统 149
8.4.3 网络变频器PID反馈控制下的水箱实验 150
8.4.4 网络变频器输出电流瞬态曲线 157
思考题 158
9 网络控制系统性能仿真试验研究 159
9.1 引言 159
9.2 典型控制网络协议比较研究 159
9.2.1 以太网（CSMA/CD） 159
9.2.2 令牌网（Token--Passing Bus） 161
9.2.3 设备网（CAN Bus） 163
9.2.4 3种控制网络的比较 164
9.3 TrueTime仿真环境概述 165
9.3.1 TrueTime工具箱结构与功能 165
9.3.2 网络控制系统搭建步骤 166
9.3.3 仿真说明 167
9.3.4 小结 170
9.4 网络控制系统的实时仿真研究 170
9.4.1 在VC中实现实时的方法 170
9.4.2 控制网络通信的网络延时分析 170
9.4.3 基于MATLAB的网络控制系统仿真软件设计 171
9.4.4 网络环境下实时控制双容水箱 173
思考题 174
参考文献 175