网络控制系统分析与设计

第1章 概述

1.1 网络控制系统概述

1.1.1 网络控制系统的概念

1.1.2 网络控制系统的组成与结构

1.1.3 网络控制系统的特点

1.2 计算机控制系统的发展

1.2.1 集散控制系统

1.2.2 现场总线控制系统

1.2.3 基于工业以太网的控制系统

1.3 网络控制系统与信息网络系统的集成

1.3.1 控制网络与信息网络

1.3.2 控制网络与信息网络集成的目标

1.3.3 控制网络与信息网络集成技术

第2章 网络通信与控制网络基础

2.1 数据通信基础

2.1.1 数据通信系统

2.1.2 数据编码技术

2.1.3 数据通信模式

2.1.4 数据交换技术

2.1.5 网络拓扑结构与传输介质

2.1.6 介质访问控制方式

2.1.7 计算机网络的主要性能指标

2.2 计算机网络的体系结构与协议

2.2.1 协议与层次划分

2.2.2 通信参考模型

2.3 工业控制网络

2.3.1 典型现场总线简介

2.3.2 工业以太网

第3章 网络控制系统的基本问题

3.1 采样周期

3.2 网络时延

3.2.1 网络时延产生的原因

3.2.2 网络控制系统中时延的组成

3.2.3 网络时延的类型

3.2.4 时延的计算方法

3.3 网络调度

3.4 单包传输与多包传输

3.5 数据包丢失

3.6 数据包时序错乱

3.7 通信约束

3.8 节点的驱动方式

3.9 时钟同步

第4章 网络控制系统的建模与稳定性分析

4.1 时延问题的网络控制系统建模

4.1.1 时延小于一个采样周期时的网络控制系统建模

4.1.2 时延大于一个采样周期时的网络控制系统建模

4.2 丢包问题的系统建模

4.2.1 单包传输有数据包丢失的网络控制系统建模

4.2.2 多包传输有数据包丢失的网络控制系统建模

4.2.3 网络控制系统丢包率的计算

4.3 同时具有时延和数据包丢失的网络控制系统建模

4.3.1 单包传输有丢包和时延的网络控制系统建模

4.3.2 多包传输有丢包和时延的网络控制系统建模

4.4 网络控制系统的稳定域分析方法

4.5 基于混杂系统的稳定性分析方法

4.6 网络控制系统时延的补偿

4.6.1 全状态反馈

4.6.2 输出反馈

4.6.3 仿真验证

4.7 基于摄动理论的网络控制系统调度策略分析

4.7.1 系统模型

4.7.2 系统的调度策略和稳定性分析

第5章 网络控制系统的控制器设计

5.1 基于随机控制的网络控制系统设计

5.1.1 预备知识

5.1.2 系统模型

5.1.3 最优随机状态反馈控制器设计

5.1.4 最优随机输出反馈控制

5.1.5 简化的次优控制器设计

5.2 基于模型的网络控制系统设计

5.2.1 系统模型

5.2.2 输出反馈控制

5.2.3 更新时间间隔具有随机特性的情况

5.3 具有随机数据包丢失的网络控制系统设计

5.3.1 随机丢包问题的系统模型

5.3.2 随机丢包问题的系统稳定性分析

5.3.3 控制器设计

第6章 具有随机区间时延的网络控制系统建模与控制

6.1 问题描述及系统建模

6.2 闭环系统稳定性分析

6.3 网络控制系统控制器设计

6.4 仿真结果

第7章 离散时间网络控制系统的建模与控制

7.1 问题描述

7.2 网络控制系统建模

7.3 闭环系统稳定性分析

7.4 镇定控制器设计

7.5 仿真结果

第8章 网络控制系统的仿真分析

8.1 网络控制系统的仿真方法

8.1.1 问题描述

8.1.2 仿真方法

8.1.3 仿真举例

8.2 基于TrueTime的网络控制系统仿真平台

8.2.1 TrueTime工具箱的结构及功能

8.2.2 TrueTime的安装与使用

8.2.3 仿真流程

8.2.4 仿真实例

附录A仿真实例1源代码

附录B仿真实例2源代码

参考文献

本书主要阐述网络控制系统分析与设计的基本思想、经典研究方法和发展趋势。全书共8章，主要内容包括概述、网络通信与控制网络基础、网络控制系统的基本问题、网络控制系统的建模与稳定性分析、网络控制系统的控制器设计、具有随机区间时延的网络控制系统建模与控制、离散时间网络控制系统的建模与控制、网络控制系统的仿真分析。附录提供了基于TrueTime的网络控制系统仿真程序。本书可作为高等院校自动化及其相关专业研究生和高年级本科生的教材，也可供相关领域的科研和工程技术人员参考。