网络控制系统与应用

第1章绪论

1.1网络控制系统基本概念

1.1.1常规控制系统与网络控制系统结构

1.1.2网络控制系统定义与特点

1.2网络控制系统的产生和发展

1.3网络控制系统中的基本问题

1.4网络控制系统的研究内容

1.4.1对网络的控制

1.4.2通过网络的控制

1.4.3综合控制

第2章网络与数据通信技术

2.1计算机网络基础

2.1.1计算机网络的形成与发展

2.1.2计算机网络的概念

2.1.3计算机网络的拓扑结构

2.2数据通信技术

2.2.1数据通信的基本概念

2.2.2数据传输

2.2.3信息交换技术

2.2.4差错检测与控制

2.3网络体系结构与协议

2.3.1网络体系结构的基本概念

2.3.2OSI参考模型

2.3.3FCP/IP协议集

2.4局域网技术

2.4.1局域网概述

2.4.2局域网访问控制方法

2.4.3高速局域网技术

2.4.4网络互连技术

第3章实时控制网络

3.1控制网络的基本概念

3.1.1工业对象对网络的基本要求

3.1.2控制网络的种类、功能和特点

3.1.3网络协议与层次结构

3.1.4控制网络的体系结构

3.2介质层与控制网络

3.2.1双绞线和其他有线介质

3.2.2无线介质

3.2.3光纤介质

3.3物理层与控制网络

3.3.1EIARS-232物理层协议

3.3.2EIARS-422/RS-485物理层协议

3.3.3ISO11898物理层协议

3.3.4IEEE802.3物理层协议

3.3.5IEEE802.11物理层协议

3.4数据链路层与控制网络

3.4.1IEEE802.3.MAC子层协议

3.4.2IEEE802.4/802.5MAC子层协议

3.4.3ISO11898MAC子层协议

3.4.4CC.LinkMAC子层协议

3.4.5IEEE802.11MAC子层协议

3.5应用层与控制网络

3.5.1应用层基本控制模式

3.5.2CAN总线应用层有界网络解决方案

3.6常用网络协议的协议栈

3.6.1DeviceNet协议栈

3.6.2ControlNet协议栈

3.6.3CC-Link协议栈

3.6.4工业以太网协议栈

第4章网络与控制性能分析

4.1控制网络的动态服务性能

4.1.1网络控制系统中信息传递的时序过程与时延构成

4.1.2控制网络动态服务性能的解析分析

4.1.3控制网络动态服务性能的仿真分析

4.2网络控制系统采样周期的选择

4.2.1采样周期和控制性能关系的定性分析

4.2.2网络控制系统中采样周期的选取范围

4.3网络控制系统的稳定性分析

4.3.1网络传输时延对系统稳定性的影响

4.3.2数据包丢失对系统稳定性的影响

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

第5章网络控制系统调度方法

5.1网络控制系统中的调度问题

5.1.1网络控制系统的调度

5.1.2网络调度问题中几个基本

5.5网络控制系统调度与控制的协同设计

5.5.1具有网络时延的NCS模型

5.5.2NCS采样周期的优化

5.5.3仿真实例

5.6TRUETIME仿真工具箱

5.6.1实时内核模块TrueTimeKernel

5.6.2网络模块TrueTimeNetwork

5.6.3网络控制系统仿真

第6章网络控制系统常规控制器的设计

6.1网络服务质量对常规控制系统的影响

6.2常规PID控制器及其参数修正方法

6.3网络控制系统模糊自适应PI控制器

6.3.1模糊自适应PI网络控制器结构

6.3.2局部模糊自适应PI控制器

6.3.3全局模糊自适应PI控制器

6.4网络控制系统Smith预估控制

6.4.1Smith预估控制器的原理

6.4.2网络控制系统基本Smith预估控制

6.4.3基本Smith预估控制改进1

6.4.4基本Smith预估控制改进2

6.5基于单神经元PID的NCSSmith预估控制

6.5.1单神经元模型

6.5.2几种典型的学习规则

6.5.3单神经元的PID控制

6.5.4自适应PSD

6.5.5单神经元PID-Smith预估控制

第7章网络控制系统先进控制规律的设计

7.1极点配置设计方法

7.1.1概述

7.1.2网络控制系统的模型分析

7.1.3网络控制系统控制器的设计

7.2最优控制设计方法

7.2.1概述

7.2.2网络控制系统随机最优状态反馈控制规律

7.2.3网络控制系统随机最优状态估计

7.2.4网络控制系统随机最优控制器

7.3鲁棒控制设计方法

7.3.1概述

7.3.2模型描述与基本假设

7.3.3随机稳定与控制器设计

7.3.4H∞扰动衰减分析

7.4预测控制设计方法

7.4.1概述

7.4.2模型描述与基本假设

7.4.3GPC控制算法简介

7.4.4控制方案

第8章网络控制实验系统

8.1实验系统总体结构

8.2实验系统硬件组成

8.2.1嵌入式网络接口模块设计

8.2.2数据采集模块设计

8.2.3输出控制模块设计

8.3实验系统软件

8.3.1TCP/IP协议分析

8.3.2下位机软件系统

8.3.3上位机监控软件系统

8.4实验分析

8.4.1不同连接方式的实验

8.4.2不同网络协议的实验

8.4.3不同采样频率的实验

参考文献

　　网络化控制系统是控制、计算机和网络通信三种技术相结合的最新产物，是一个崭新而前沿的研究领域。本书共分为8章，第1章介绍了网络控制系统的概念、特性、发展历程及其主要研究内容；第2章介绍了网络与数据通信的基础知识；第3章介绍了控制网络的基本概念，并从介质层、物理层、数据链路层和应用层对控制网络协议进行了具体分析；第4章介绍了控制网络特性产生的原因及其对控制系统的影响，主要分析了网络时延产生的原因、采样周期的选择及网络控制系统的稳定性；第5章介绍了网络控制系统的调度方法，主要包括基于单处理器的调度算法和网络与控制的协同设计调度方法；第6章介绍了网络环境下常规控制器的设计方法，包括：PID控制器和Smith预估控制器；第7章介绍了网络环境下先进控制规律的设计方法，包括极点配置、最优控制、鲁棒控制和预测控制；第8章介绍了一个基于实验室或校园网络的电机调速实验系统，包括硬件系统设计、网络协议设计、上／下位机软件设计及实验结果分析等。　　本书介绍了网络控制系统研究的主要内容，包括基本概念、控制网络、网络调度与网络控制等，其中重点介绍了网络控制的基础知识和网络控制系统中控制器的设计方法。全书共分8章，包括网络控制系统绪论、网络与数据通信基础、实时控制网络、网络与控制性能分析、网络控制系统调度方法、网络控制系统常规控制器的设计、网络控制系统先进控制规律的设计，以及一个具体的网络控制实验系统研究开发的实例。本书在介绍这些内容时，注意理论联系实际，以便于读者对网络控制系统理论的理解与实际应用。　　本书可作为高等院校自动化及相关专业的本科教材，也可供研究生、科研人员及工程技术人员学习参考。