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1、海南大学本科生 20102011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 3Truetime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 4Network 5 网络参数 5 网络模式 8Truetime Kernel 8 一、传感器 8 二、控制器 10 三、执行器 1
2、1 四、干扰节点 11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 14Network 15Truetime Kernel 17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
3、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：控制器执行器被控对象传感器u(t)r(t) +y(t)e(t)-Truetime的安装在MATLAB7.0中安装truetime-1.5工具箱：1、 解压安装包2、 复制粘贴文件夹t
4、ruetime-1.5至C:MATLAB7toolbox3、 打开MATLAB，FileSet Path, 弹出“Set Path”窗口，点击“Add Folder.”建立C:MATLAB7toolboxtruetime-1.5kernel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:MATLAB7toolboxtruetime-1.5kernel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:MATLAB7toolb
5、oxtruetime-1.5kernel路径，同时添加系统变量及用户变量“TTKERNEL”5、 将C:MATLAB7toolboxlocalstartsav.m 中添加如下命令addpath(getenv(TTKERNEL)init_truetime;6、 在MATLAB7.0中打开C:MATLAB7toolboxlocalmatlabrc.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，
6、即可看到Truetime仿真工具箱注：访问examples时，应直接在C:MATLAB7toolboxtruetime-1.5examples下打开。 （若电脑同时安装了多种MATLAB版本的软件）有线网络控制系统一、组成结构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
7、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
8、干扰的高优先级任务。传感器节点采用时间（clockdisplay）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：Network 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：8Data rate(bits/s) 网络传输速率其含义是
9、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。Network number：80000Network number：8000Network number：800Minimum frame size(bytes) 最小帧若输入的信息小于此帧，那么网络将自动填补（以单纯的高低电平的方式）。如下图所示，最小帧分别为40、400，当最小帧为400时，控制系统自动填补，信息严重丢包。Minimum frame size(bytes)
10、：40Minimum frame size(bytes)：400Loss probability(0-1) 传输过程中的信息丢失率丢失的信息会占用网络带宽，却不能到达目的地。Loss probability(0-1)：0.2Loss probability(0-1)：0.5网络模式：Truetime Network主要支持的六种简单的网络模型：CSMA/CD(e.g. Ethernet) 带有冲突检测的载波监听随机访问CSMA/AMP(e.g. CAN) 带有信息优先级仲裁的载波监听多路访问Round Robin(e.g. Token Bus) 令牌总线网络其默认值为Bandwidth allooations（带宽）1000Slotsize（bits）20Cyolic schedule123 333Total switch memory（bit）10000Switch buffer type（缓冲型开关）common buffer（常见的缓冲）Switch overflow behavior（开关溢出行为）retransmit（传输）FDMA（Frequency Division Multiple Access）频分多址可调整Bandwidth allooat
