DCS实验报告刘金琳

集散控制系统

实验报告

姓名刘金琳

学号 10S030097 2011年4月

实验一 分布式网络伺服控制系统

实验目的：

1． 熟悉TureTime 仿真软件的安装和基本使用操作；

2． 熟悉网络控制系统的仿真；

3． 分析网络流量和调度策略对分布式网络控制系统时延和控制性能的影响。

实验内容： 设直流伺服系统的连续时间传递函数为：)1(1000

)(+=s s s G ，采用

四个计算机节点来实现该系统，一个时间驱动的传感器节点周期性地对过程进行采样，并通过网络把采样结果送到控制器。控制节点计算控制信号并把结果送到执行器节点，产生连续执行结果。还有一个节点模拟网络中的额外流量，并在控制器节点运行高优先级的任务模拟网络节点的任务分配。

实验步骤：

1． 安装TrueTime 仿真软件包，设置系统环境变量，运行Matlab 初始化命令；

2． 根据$DIR/examples/simple_pid/matlab 中的直流伺服过程PID 控制的实例，熟悉Truetime 的仿真操作；

3． 按照试验内容建立仿真系统，给出Simulink 仿真框图；

4． 首先考察没有额外网络流量，而且控制器节点也没有额外任务的情况，观察系统运行的延迟时间和控制性能，给出相关结果;

5． 打开额外网络流量，而且控制器节点也增加额外任务，采用两种不同的网络协议，和两种不同的调度策略，观察系统运行延迟时间和控制性能，给出相关结果并分析原因。

实验结果与分析：

1分布式网络伺服控制系统仿真框图如下:

2 仿真结果及分析:

2.1 设额外网络流量为零(BWshare=0.0)，且控制器节点也没有额外任务的情况下，选择网络协议为：CSMA/AMP(CAN),调度策略为‘prioFP’，其输入,输出曲线如下图所示: 延迟时间为0.03s，超调量为20%，上升时间约为0.05s，调整时间约为0.11s，控制性能好.

2.2 设额外网络流量为0.1(BWshare=0.1)，且控制器节点增加额外任务的情况下，选择网络协议为：CSMA/AMP(CAN),调度策略为‘prioFP’，其输入,输出曲线如下图所示: 延迟时间为0.03s，超调量为15%，上升时间约为0.05s，调整时间约为0.17s，控制性能较好.

2.3 设额外网络流量为0.2(BWshare=0.2)，且控制器节点增加额外任务的情况下，选择网络协议为：CSMA/AMP(CAN),调度策略为‘prioRM’，

其输入,输出曲线如下图所示: 延迟时间为0.03s，超调量为20%，上升时间约为0.05s，调整时间约为0.15s，控制性能较好.

2.4 设额外网络流量为0.2(BWshare=0.2)，且控制器节点增加额外任务的情况下，选择网络协议为：Round Robin,调度策略为‘prioFP’,其输入,输出曲线如下图所示: 延迟时间为0.035s，超调量为50%，上升时间约为0.05s，调整时间约较长，控制性能差.

2.5设额外网络流量为0.2(BWshare=0.2)，且控制器节点增加额外任务的情况下，选择网络协议为：Round Robin,调度策略为‘prioRM’，其输入,输出曲线如下图所示: 延迟时间为0.035s，超调量大于50%，上升时间约为0.05s，调整时间较长，控制性能差.

由以上四幅曲线图可以看出,图2.3和图2.4曲线的超调量和调整时间明显比图2.1和图2.2的数值大.因此当分布式网络伺服控制系统的网络协议选择CSMA/AMP(CAN)时,其控制性能明显比选择Round Robin网络协议的系统好.同时,比较图2.1和图2.2(或图2.3与图2.4)的曲线, 其曲线的分布相似.综上所述,可以得出以下结论网络协议的选择对系统控制性能起决定性作用,而且对于同一网络协议,选择不同的调度策略对系统的控制性能影响较小.

实验二分布式无线网络控制系统

实验目的：

1．熟悉无线网络控制系统的仿真操作；

2．熟悉电源模块的使用方法；

3．分析不同网络协议和参数对分布式无线网络控制系统时延和控制性能的影响。

实验内容：

实验一中的模型，采用两个相距20米的无线计算机节点（各含有一个电池模块），来实现该系统，一个时间驱动的传感器/执行器节点周期性地对过程进行采样，并通过网络把采样结果送到控制器。控制节点计算控制信号并把结果送回到传感器/执行器节点，产生连续执行结果。电池模块产生功率控制任务，周期地ping另外的节点，如果接收到应答，则降低功率，否则增大功率直到达到阈值或者受到应答。

实验步骤：

1．按照试验内容建立仿真系统，给出Simulink仿真框图；

2．首先考察采用功率控制机制，观察两个节点的电池变化情况，记录曲线，并分析原因;

3．其次关闭控制节点的功率控制策略，观察功率消耗，记录曲线，并分析结果。

4．修改网络协议和参数，观察对控制性能的影响，记录结果并分析原因。

实验结果与分析：

1 分布式无线网络控制系统仿真框图如下:

2 实验结果及分析

设执行器节点和控制器节点的电源设置为0.1,仿真时间T=9秒2.1采用功率控制机制，设网络协议为802.11b/g(WLAN),调度策略为”prioFP”,仿真结果如下图所示:

图1 输入信号u曲线

图2 带功率控制机制的分布式无线网络控制系统输出信号r和y曲线

图3 带功率控制机制的分布式无线网络控制系统的网络控制策略

图4带功率控制机制的分布式无线网络控制系统的执行器节点的电池消耗曲线

图5带功率控制机制的分布式无线网络控制系统的控制器节点的电池消耗曲线由图2我们可以看出系统输出曲线Y(黄色)几乎与参考输出曲线R(红色)重合,同时图4和图5显示执行器和控制器的电源能量在9秒后耗尽,表明带功率控制机制的分布式无线网络控制系统的控制性能好,电池模块产生了较好的功率控制作用.

2.2 关闭控制节点的功率控制策略,设网络协议为802.11b/g(WLAN),调度策略为”prioFP”,仿真结果如下图所示:

图6 输入信号u曲线

图7 不带功率控制机制的分布式无线网络控制系统输出信号r和y曲线