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概念

1.网络控制系统(Networked Control Systems):简称NCS,是指通过网络将分布于不同地理位置的传感器、控制器和执行器等节点设备连接起来,形成闭环的一种全分布实时反馈控制系统.控制器通过网络与远地被控对象交换信息,并实现对远程被控对象的控制.从广义上讲,网络控制系统是通过各类网络(包括现场总线、工业以太网、内部局域网、Internet 等),将传感测量设备、控制器(计算机)和执行机构与设备连接起来,实现相互通信,并对一定范围内对象(过程、状态、设备)实现监测与控制,使该区域内不同地点的用户实现资源共享和协调操作.2.NCS的优势:可以实现资源共享,远程分布控制,系统构建模块化,集成化,成本低,故障诊断和维护方便,易扩展、灵活性强,控制区域广,数据传输大,兼容性好,使用方便…3.NCS应用领域:航空航天,生产过程控制,交通控制,信息通信,高速铁路,轨道列车,经营管理, 远程医疗,危险、特殊环境等.4.应用意义:NCS应用于生产领域,可以提升企业的自动化水平,提高其生产效率和竞争能力;应用于国防工业,可以提供先进、高性能的无人系统,增强国防和国家安全实力.早期的4大骨干网:中国公用计算机互联网CHINANet;中国教育与科研计算机网CERNet;中国科技网CSTNet;中国金桥信息网CHINAGBN。

未来的国家骨干网:天基综合信息网天基综合信息网络是以航天飞行器作为载体,来进行信息获取、信息传输和信息处理的网络系统. 天基综合信息网络是通过星间、星地链路连接在一起的不同轨道、种类、性能的卫星、星座及相应地面设施所组成的天基网络,以及由天基网络所支持的指挥、控制、通信及其他各种应用系统的集合。

5、天基综合信息网六个特点:一体化的信息交换以及信息处理。

它的优势在于信息交换的自由灵活,为了维护统一的网络环境,不同卫星内部可以采用不同的信息处理方法。

⊙多种功能融合。

它是一个具有多种功能和用途的天地一体化综合性网络。

⊙它是一可实现无缝覆盖、具有巨大空间覆盖能力的三维网络。

⊙动态立体网络结构。

它是一个具有立体结构的动态网络。

⊙它是一个高度开放的无线网络。

⊙建立和保持星间链路及星地链路特别复杂困难。

6. NCS控制网络包括:现场总线、基于TCP/IP的嵌入式系统、工业以太网、无线通信网络、现场总线与以太网或Internet的集成等.7. 网络控制系统类型与范畴—按控制方式划分集中控制系统(Centralized Control System,CCS)、分散控制系统(Decentralized Control System,DCS)、分布式控制系统(Distributed Control System,DCS),又称集散控制系统、现场总线控制系统(FCS)中央控制系统(中控),是指通过一定的专用设备(通信网络),连接驳各类终端和系统设备,并根据需要定制控制流程和人机交互界面,从而达到控制和操作简单化的目的。

单机系统,用一台计算机对多个对象或设备进行集中管理和集中控制,有时称为“群控”。

8网络的控制(Control of network):研究计算机网络技术.从网络拓扑结构、任务调度算法、网络路由、网络数据流量的控制与调度、介质访问控制协议等角度,运用运筹学和控制理论的方法,提出解决方案,以满足控制系统对实时性的要求,同时减少网络时延和时延的不确定性。

9. 网络化控制(Control through network).研究自动控制技术.基于现有网络的服务质量,即以网络的拓扑结构、通信协议、信道负载和时延特性为已知条件,针对网络控制系统存在的问题和控制目标,研究系统的稳定性和控制方法。

各类网络化控制系统结构:网络化传感系统、网络化执行系统、网络化遥控系统、通用网络化控制系统10.分布式控制系统类型集中控制系统(Centralised control systems) 、现场总线控制系统(Fieldbus control systems)、网络化控制系统(Networked control systems)分布式控制系统(DCS)是以微处理机为基础,以危险分散控制,操作和管理集中为特性,集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。

综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C 技术,11. 现场总线控制系统(FCS)优点:开放、分散和可互操作缺点: (a) 现场总线标准过多(b) 各类现场总线不能兼容(c) 现场总线的速度较低(d) 需专用实时通信网络12.分布式控制系统类型集中控制系统(Centralised control systems) 、现场总线控制系统(Fieldbus control systems)、网络化控制系统(Networked control systems)13. 现场网络化控制器实现先进控制算法采用以太网通信技术, 实现“E网到底”完成TCP/IP和UDP/IP通讯协议带有模拟量、开关量输入和输出模块自动识别I/O模块类型, 实现即插即用功能实时现场网络化控制操作系统14. 控制网络及其分类按工业自动化与信息化层次划分: 面向设备的现场总线控制网络、面向自动化的主干控制网络按IEEE标准划分:以太网(标准IEEE802.3)、令牌总线网(标准IEEE802.4)、令牌环网(标准IEEE802.5)、无线局域网(标准IEEE802.11)按应用范围划分:以太网(Ethernet)、控制网(Control Net)、设备网(Device Net)按响应时间划分:工业以太网(实时响应时间为5~10ms)、实时以太网(实时响应时间为<5ms)按时延特性划分:随机网络(通信协议CSMA/CD)、有界网络(Token Passing)、常值网络(CANbus)15.、以太网特点:(1)以太网的数据传输不支持任何消息的优先级.(2)单个数据包容量为1500个字节,最小数据包限制为64个字节.(3)高负载下时间延迟随机不确定且没有上界.(4)在低负载下数据传输几乎没有时延.(5)因为有最小数据包大小限制,发送很少量的数据时也要使用大的数据包,浪费网络资源.16、CAN 特点:(1)具有高优先级的节点信息传输时延小,时延为恒定值.(2)传输数据包的容量小,只有8个字节,不适合发送信息量大的数据.(3)通信率低,最高达500Kbps.(4)传输数据实时性强、可靠性高.17、TP bus(1)令牌总线协议是一个确定性的协议,在高速负载下有很好的数据吞吐能力和效率.而且,网络在运行中可以动态地增加或移出节点,具有很高的灵活性.(2)低负载下,当逻辑环中有较多的节点时,网络的大部分时间用于传递令牌,使得网络工作效率大大降低.(3)传输的数据包大小容量为504字节.(4)节点间数据传输时延是周期、有界的.18、ATM(异步传输模式)交换控制网络是以ATM交换机为中心、连接各类以太控制网络与现场总线的一类交换式控制网络.A TM信息传输采用固定长格式,一律以53个字节的信元进行传输.ATM是具有最小差错并有流量控制能力的协议,这减少了处理ATM信元的时间并减少了每个信元所需的开销位数,从而使得ATM能够在一个高数据速率的网络上运行.19ATM技术具有如下优点:ATM允许不同的虚连接中的信元交替通过同一物理链路,使每个信元的时延是可预期的.ATM技术是面向连接的技术,具有很大的灵活性,具有虚拟联网的功能.ATM网络根据信元承受时延的能力和丢失请求,对不同类型的信元划分出优先级.ATM规定了多种用户网络接口速率,故易于提高未来终端的性能.ATM局域网是以交换为中心的星型结构,传输速率高,各终端都可占用传输路由,从而克服了以太局域网中许多终端争抢一个传输路由而其他终端就不能用此路由的局限性.20.时延产生的原因在NCS中,由于网络通信方式、共享带宽以及网络负载变化不规则等因素的制约,当控制器节点和远地被控对象的传感器节点和执行器节点通过网络交换数据或控制信息时,往往出现数据多路径传输、多数据包传输、数据包时序错乱、数据包丢失、数据包重传、数据包碰撞、网络拥塞以及连接中断等现象.因此,节点间信息通信时,网络诱导时延是不可避免的.21.时延分类传播时延:指信号通过传输线传输时需要的时间.交换时延:指信息通过网络中的集线器、网桥、交换机等电子设备所需要的时间.存取时延:在使用共享通信介质的网络中,节点计算机只有在通信介质空闲时才能进行数据的发送和接收,因而产生存取时延.队列时延在包交换的广域网中,存储转发时,每个交换机将传来的数据包排成队列,如果队列中有包,则新来的包要等候,直到交换机发送完先到的包.这种包排队等候的时间称为队列时延.22.在NCS中,网络诱导时延主要由以下因素构成:(1)数据包排队等待时延.(2)信息产生时延.(3)传输时延.23. 网络开关率(接通率)定义:NCS中通信网络中数据成功传输的速率,称为网络开关率,或称之为有效数据传输率.24. 天基综合信息网络的定义主要有两种:(1)天基综合信息网络是以航天飞行器作为载体来进行信息获取、信息传输和信息处理的网络系统。

(2)天基综合信息网络是通过星间、星地链路连接在一起的不同轨道、种类、性能的卫星、星座及相应地面设施所组成的天基网络,以及由天基网络所支持的指挥、控制、通信及其他各种应用系统的集合。

26、控制系统分类系统:由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系按一定规律组成的具有特定功能的有机整体。

动态系统:一种随时间演化的具有规律的体系,在自然界随处可见,如:经济系统、社会系统、工程系统等。

系统分类方法很多,从不同的角度,或需要划分。

按信号形式:恒值系统和程序控制系统;按组成系统的元件的动态方程分:线性和非线性系统按按信号的传递是否连续分:连续系统和离散系统按系统参数是否随时间变化分:定常系统和时变系统按控制方式和策略分:开环系统和闭环系统此外还有:复杂系统、大系统27、系统的稳定性,就是系统在受到小的外界拢动后,被调量与规定量之间偏差值的过渡过程的收敛性,稳定性是系统的一个动态属性.在实际控制系统中,不稳定的系统需要设计控制器镇定系统,进而研究其综合与设计问题.28、稳定性分为渐近稳定和指数稳定;针对随机系统有随机稳定、均方稳定和均方指数稳定;针对鲁棒系统有鲁棒稳定.1.时延时延(delay)是通信网络服务质量的一个重要性能指标.时延表示网络中两个节点间传输一位数据所需要的时间,用秒或几分之一秒表示.2.吞吐量吞吐量(throughput)是网络容量的度量单位,指单位时间内有多少位数据进入网络,用b/s (bits per second)表示.3.时延与吞吐量的关系吞吐量和时延并不完全独立,当网络使用率增加时,时延将增加;当网络使用率接近百分之百时,时延将迅速增加.4.网络的服务质量网络的服务质量是衡量网络所提供服务的“良好”程度的一种抽象概念.包括:吞吐量、差错率、端到端的时延、时延的可预测性和时延抖动等.QoS有三种类型:确定性QoS、统计性QoS 、尽力QoS.29、控制网络体系构架网络控制系统的体系结构包括现场总线、工业以太网、无线通信网络、基于TCP/IP的嵌入式系统、现场总线与以太网和Internet的集成等.在当前多种控制网络并存的状况下,如何扬长避短地开发和利用各种控制网络,实现各种不同控制网络以及信息网络之间的互连和兼容是目前研究的热点之一.30/NetCon系统是一个通用的本地/网络化控制系统研究和开发平台,主要由网络化控制器(NetController)、网络化可视控制组态软件(NetConLink)和网络化可视监控组态软件(NetConTop)三部分组成。

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