基于Truetime网络控制系统的仿真

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海南大学本科生 2010—2011学年度第2学期

课程考查论文

学院(中心、所):信息科学技术学院专业:电子信息工程

研究方向:班级:

学生姓名:学生证号:

课程名称:

论文题目:基于Truetime的网络控制系统的仿真

任课老师:

(以上由学生填写)

教师评阅:

阅卷教师(签名):年月日

——————目录——————

摘要 (3)

关键词 (3)

网络控制系统概述 (3)

Truetime的安装 (3)

(有线网络控制系统)

一、组成结构 (3)

二、存在的问题 (4)

三、分散式有线网络控制系统的仿真实例 (4)

①Network (5)

网络参数 (5)

网络模式 (8)

②Truetime Kernel (8)

一、传感器 (8)

二、控制器 (10)

三、执行器 (11)

四、干扰节点 (11)

③被控对象 (12)

(无线网络控制系统)

一、组成结构 (13)

二、存在的问题 (13)

三、无线网络控制系统的仿真实例 (14)

①Network (15)

②Truetime Kernel (17)

③被控对象 (18)

结束语(感想) (19)

参考文献 (19)

摘要:

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它主要包括MATLAB和Simulink仿真两大部分。随着科学技术的迅猛发展,MATLAB 在通讯系统设计与仿真中的应用也越来越广泛。而网络控制系统又是电子专业课程极其重要的一部分,故掌握好网络控制系统的仿真便显得尤为重要了。本文通过对有线与无线网络控制系统的举例,详细地分析了Truetime工具箱中各个模块的功能,阐述了有线网络控制系统中数据包丢失、稳定性等问题以及无线网络控制系统中功率控制策略的问题。

关键词:

MATLAB Truetime 网络控制系统丢包干扰节点稳定性功率控制

网络控制系统概述:

网络控制系统(NCS,Networked Control System)是指由传感器、控制器和执行器通过通信网络形成的实时闭环的控制系统。

简单结构如下图所示:

Truetime的安装

在MA TLAB7.0中安装truetime-1.5工具箱:

1、解压安装包

2、复制粘贴文件夹truetime-1.5至C:\MATLAB7\toolbox\

3、打开MATLAB,Fil e→Set Path…,弹出“Set Path”窗口,点击“Add Folder...”建立

C:\MATLAB7\toolbox\truetime-1.5\kernel路径,点击左下角的“Save”,再“Close”

4、如果在Windows XP 中,则进入“控制面版→系统→/高级→环境变量”中添加系统变量及用户变量

“TTKERNEL”,建立C:\MATLAB7\toolbox\truetime-1.5\kernel路径;

如果在Win 7中,则进入“控制面版→用户账户和家庭安全→/用户账户→更改我的环境变量”建立C:\MATLAB7\toolbox\truetime-1.5\kernel路径,同时添加系统变量及用户变量“TTKERNEL”

5、将C:\MA TLAB7\toolbox\local\startsav.m 中添加如下命令

addpath([getenv('TTKERNEL')])

init_truetime;

6、在MATLAB7.0中打开C:\MATLAB7\toolbox\local\matlabrc.m,并用M-File Editor中File菜单下的“Save

Workspace As...”把该文件命名为matlab.mat 保存到原目录

7、重新启动MATLAB7.0,在Command Window窗口下,以命令行的方式输入Truetime,回车,即可看到

Truetime仿真工具箱

注:访问examples时,应直接在C:\MA TLAB7\toolbox\truetime-1.5\examples下打开。

(若电脑同时安装了多种MATLAB版本的软件)

有线网络控制系统

有线网络控制系统中,有传感器节点、控制器节点、执行器节点和干扰节点。组成结构如下图所示:

二、存在的问题

这种系统存在时延、丢包、多包、乱序的问题,这些问题的出现会降低系统的性能,譬如使系统的稳定范围变窄,稳定性变差,严重时甚至使系统失稳。

下面,举一个有线网络系统的仿真实例来说明Truetime-1.5中各个模块的作用以及丢包等问题。

三、分散式有线网络控制系统的仿真实例

这是一个分散式的有线网络控制系统的实例(distributed.mdl):

简略概述:

该系统包含四个网络节点(皆用Truetime内核模块表示):Node 4(传感器),Node 3(控制器),Node 2(执行器)和Node 1(干扰节点)。

可假设u为“冷气”,经过DC Servo(被控对象)的作用后变为y“暖气”,再将信号传给Node 4(传感器),将信号传给Network(网络模块),由Node 3(控制器)进行离散PID控制算法处理之后,再将信号传给Node 2(执行器),反作用于DC Servo(被控对象)。

其中,Node 1(干扰节点),它能发送干扰网络通信的模拟信号,并在计算机节点中执行干扰的高优先级任务。传感器节点采用时间(clock→display)驱动的方式对过程进行周期性采样,采样周期为10 ms。

下面,对其逐个模块进行分析:

①Network

全称为Truetime Network (网络模块)是网络控制系统(NCS)的通信网络。

网络参数:

Network number网络模块编号

从1算起,无线与有线网络不能使用相同的编号。(juli 无线)

Number of nodes 网络节点数

决定了模块Snd和Rcv(输入、输出)的大小。若节点数增多,则每个节点所占的带宽必定缩短,导致数据包丢失。

Network number:8

Data rate(bits/s) 网络传输速率

其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。影响网络传输速率的因素主要有带宽、延迟和丢包。带宽越窄、延迟时间越长、丢包越严重,则传输速率就越低。

如图所示,将传输速率分别改为800、8000、80000,则可以看出,网速越慢,丢包越严重。

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