网络控制系统实时仿真平台的设计与开发

网络控制系统(NCSs)是通过通信网络实现控制系统单元信息交换的分布式控制系统.由于通信网络的引入,有可能使控制系统的性能降低甚至导致系统不稳定,这些不利因素使得对网络控制系统的分析研究变得更为复杂.利用混合编程技术并搭建基于实时通信网络的仿真平台,可为网络控制系统提供有利的分析工具.最后以状态反馈控制器为仿真实例,证明该研究平台的优势及有效性.     

基于CANbus的网络控制系统仿真平台

传感器、控制器与执行器的数据经网络进行传输与交换的闭环控制系统称为网络控制系统。网络控制系统是随着计算、通信和控制发展起来的新一代控制系统。目前针对网络控制系统的研究已愈来愈受到业内人士的关注，但是大都是通过软件模拟的方法。网络控制系统作为应用型的领域，软件模拟忽略了实际中的不确定性，因此有局限性。本文介绍基于CAN总线的网络控制系统仿真平台，包括硬件和软件，在现实的网络环境下解决网络控制系统中的种种问题。同时通过一个在此仿真平台所做的实例，以证明网络引起的时延会引起控制系统的不稳定。     

战术任务综合控制系统分布式实时仿真系统设计

研究了战术任务综合控制系统分布式计算机实时仿真系统的总体方案和实现方法，在分析了综合控制系统结构和战术任务过程各阶段特点的基础上，提出了基于计算机局域网的分布式计算机实时仿真系统方案，然后根据实际条件建立了简化的分布式计算机实时仿真系统，并对空一空导弹模态的战术任务过程进行了全面的仿真，结果表明了该系统的有效性，同时验证了所采用的综合控制系统设计方法的有效性。本仿真系统的开发为进一步研究系统综合控制技术和战术任务飞行管理技术提供一个良好基础平台，具有实际的重要意义。     

网络控制系统仿真平台的设计与实现

已有NCS仿真平台采用单一的全数字仿真或半实物仿真方式,在灵活性或真实性方面具有一定的局限性。首先归纳理想NCS仿真平台所应具有的品质,然后以其为指导提出了一种新的NCS仿真平台的实现框架,并基于MATLAB、OPNET、VisualC 等软件平台和软件组件设计思想实现了仿真平台NCS-SP(NCS-SimulationPlatform)。NCS-SP突破时延小于一个采样周期的限制,提供不同模块的多种选择属性,从而克服已有平台的不足,增强了仿真平台的有效性和灵活性。最后,通过不同网络环境下的仿真试验分析了网络时延和丢包对系统性能的影响。     

基于实时网络的半实物仿真集成平台研究

半实物仿真试验是制导武器系统研制过程的重要手段。半实物仿真集成平台的构建是对原有仿真系统的扩充和升级,集成平台包括了DOS、Windows 2000和LABVIEW RT三种操作系统,反射内存和广播内存两类实时通讯网络。介绍了集成平台的硬件构成和主要设备功能,解决了半实物仿真集成平台中的实时网络性能指标测试、实时数据采集和LABVIEW RT下利用反射内存进行实时数据传输、实时网络接口计算机设计等关键技术问题。目前,该半实物仿真集成平台已经成功运用于某制导武器的半实物仿真试验中。     

基于组态软件和Matlab的系统实时仿真平台设计

设计了一种基于力控组态软件、Matlab、VC++的控制系统实时仿真平台.该平台用Matlab建立被控对象模型,用力控组态软件实现上位机图形界面,用VC++编写控制算法模拟实际控制器.三者之间通过DDE协议完成通信.该方法弥补了试验条件的不足,为系统稳、动态性能分析提供了方便、快捷的实现途径.将该平台应用于压力无关型变风量空调末端控制仿真,实验结果验证了其可行性.     

一种运动控制器建模与网络控制系统仿真研究

提出了一种机理分析与系统辨识相结合的直流驱动运动控制器建模方法,并根据实测数据确定了研究对象的开环传递函数,在此基础上介绍了运用Matlab和Truetime工具箱建立运动控制器网络控制系统仿真模型的方法。通过对由CAN总线构成的运动控制器网络控制系统的仿真验证了建模方法的有效性,并对仿真结果进行了分析。     

基于NS2的网络控制系统仿真平台的设计与实现

利用网络仿真软件NS2实现真实网络环境的模拟,设计并实现了网络控制系统实时仿真平台。此平台利用Matlab/Simulink实现控制器/被控对象的仿真;利用NS2模拟真实的网络环境;利用Java网络接口模块连接Matlab仿真对象和NS2网络模块。既发挥了NS2的网络仿真优势,又利用了Matlab强大的控制系统仿真功能,很好地实现了对网络控制系统的实时仿真。仿真实验证明此平台可以真实地模拟多种网络环境,并分析了不同的网络环境对系统控制品质和稳定性的影响。     

闭环网络控制系统全数字仿真实验方法的研究

提出网络控制系统全数字仿真的方法，针对目前Matlab没有提供NCS仿真模块的现状，设计出能够真实再现网络环境的延时模块，并在此基础上开发出一套完整的网络控制仿真实验平台，只需一台计算机就能够完成包括网络数据包丢失和时序错乱等现象在内的各种NCS仿真实验，保证在进行NCS控制算法的比较研究时，网络延时状况是一致的。在该实验平台上进行NCS全数字仿真实验，结果证明以上方法的有效性。     

基于环节的控制系统图形组态仿真软件

介绍了一个基于环节的控制系统图形组态仿真软件的功能和实现方法，及改进的仿真算法，在数值计算方法中，引入了拉各朗日线性插值方法，既大大减少了迭代计算量，又保持了原有的仿真精度，利用这一可视化仿真平台，用户可对线性系统，多变量系统，多变量Smith预估控制系统，采样系统等方便快捷地建立方框图形式的系统仿真模型，从而为复杂系统的分析和设计提供了仿真研究平台，系统界面友好，易于扩展。     

网络化控制系统综合仿真平台设计

已有的网络化控制系统仿真平台忽略了网络资源调度策略对系统性能的影响,没有提供对网络资源调度策略的仿真接口。基于Matlab的TrueTime工具包,开发了网络化控制系统综合仿真平台,实现了对控制系统与网络系统的联合仿真。该仿真平台提供了对控制策略和网络资源调度策略的联合仿真接口,增强了仿真平台的灵活性。最后,通过仿真试验分析了不同网络资源调度策略对网络化控制系统性能的影响。     

基于变采样周期方法的网络控制系统协同设计

提出了一种基于变采样周期的动态调度策略,通过实时调整控制系统的采样周期以适应网络中信息流的变化,改善网络中时延、丢包等问题.采用动态调度策略的NCS为一个变采样周期系统,考虑时延的影响,通过等效变换将时延和采样周期的不确定性转化为系统参数的不确定性,从而将NCS建模为一类具有参数不确定性的离散时间系统,并给出了系统D-稳定的控制器设计方法,实现NCS的控制与调度协同设计.最后通过数值仿真验证了所提出的方法的有效性.     

多变量网络控制系统建模与稳定性分析

研究了一类多变量网络控制系统的建模和稳定性问题,基于线性时不变对象,推导了该类网络控制系统的时滞连续时间数学模型,并利用李雅普诺夫第二法,分析了系统的渐近稳定性,得到了系统稳定运行的最大允许时延和全时滞稳定的条件。最后,通过实例仿真分析证实了本文所提理论的有效性,以及稳定判据的可行性。     

基于无线传输的非线性网络控制系统的模糊控制

考虑控制器与被控对象之间采用无线传输,且被控对象为非线性模型的一类网络控制系统,对其设计了稳定的模糊控制器。首先基于T-S模糊模型将对象线性化,并利用模糊主导子系统和主导控制规则,简化了模糊控制器的设计。其次,将闭环控制系统方程等效为与无线传输跳数相关的离散切换系统,并证明了闭环系统的稳定性。最后,通过一个仿真例子验证了文中方法的有效性。

Abstract：

Considering a class of networked control systems using wireless transmission between the controller and the controlled object,and with nonlinear controlled object,the stable fuzzy controller was designed.Firstly,based on T-S fuzzy model,the object was linearized.And the design of the fuzzy controller was simplified by using the fuzzy dominant subsystem and the dominant control rule.Secondly,the equation of the closed-loop control system was equal to the discrete switched system related to the hop count of the wireless transmission.Finally,a simulation example was given to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

具有异步时延的网络化控制系统故障检测

针对具有异步信号时延的离散系统，研究了在异步时延下基于观测器的故障检测及其设计问题。首先提出了一个存在异步时延下系统的故障检测模型，该模型保持了系统的定常性和时不主特性。同时在此模型上构造了异步时延系统的状态观测器，并依据系统观测误差通过合理地选择湮灭加权矩阵的方法构建了频域内的故障检测残差发生器。最后通过一个摆式列车试验模型的仿真检验了设计方法的有效性。