系统稳定性意义以及稳定性的几种定义 一、引言： 研究系统的稳定性之前，我们首先要对系统的概念有初步的认识。 在数字信号处理的理论中，人们把能加工、变换数字信号的实体称作系统。由于处理数字信号的系统是在指定的时刻或时序对信号进行加工运算，所以这种系统被看作是离散时间的，也可以用基于时间的语言、表格、公式、波形等四种方法来描述。从抽象的意义来说，系统和信号都可以看作是序列。但是，系统是加工信号的机构，这点与信号是不同的。人们研究系统还要设计系统，利用系统加工信号、服务人类，系统还需要其它方法进一步描述。描述系统的方法还有符号、单位脉冲响应、差分方程和图形。 电路系统的稳定性是电路系统的一个重要问题，稳定是控制系统提出的基本要求，也保证电路工作的基本条件；不稳定系统不具备调节能力，也不能正常工作，稳定性是系统自身性之一，系统是否稳定与激励信号的情况无关。对于线性系统来说可以用几点分布来判断，也可以用劳斯稳定性判据分析。对于非线性系统的分析则比较复杂，劳斯稳定性判据和奈奎斯特稳定性判据受到一定的局限性。 二、稳定性定义： 1、是指系统受到扰动作用偏离平衡状态后，当扰动消失，系统经过自身调节能否以一定的准确度恢复到原平衡状态的性能。若当扰动消失后，系统能逐渐恢复到原来的平衡状态，则称系统是稳定的，否则称系统为不稳定。 稳定性又分为绝对稳定性和相对稳定性。 绝对稳定性。如果控制系统没有受到任何扰动，同时也没有输入信号的作用，系统的输出量保持在某一状态上，则控制系统处于平衡状态。 （1）如果线性系统在初始条件的作用下，其输出量最终返回它的平衡状态，那么这种系统是稳定的。 （2）如果线性系统的输出量呈现持续不断的等幅振荡过程，则称其为临界稳定。（临界稳定状态按李雅普洛夫的定义属于稳定的状态，但由于系统参数变化等原因，实际上等幅振荡不能维持，系统总会由于某些因素导致不稳定。因此从工程应用的角度来看，临界稳定属于不稳定系统，或称工程意义上的不稳定。） （3）如果系统在初始条件作用下，其输出量无限制地偏离其平衡状态，这称系统是不稳定的。 实际上，物理系统的输出量只能增大到一定范围，此后或者受到机械制动装置的限制，或者系统遭到破坏，也可以当输出量超过一定数值后，系统变成非线性的，从而使线性微分方程不再适用。因此，绝对稳定性是系统能够正常工作的前提。
RTP/RTCP 丢包/抖动/时延计算原理 1.RTP/RTCP的基本功能介绍 实时传输协议RTP（A Transport Protocol for Real-Time Application）提供实时的端对端传输业务（如交互的语音和图象），包括负载类型标识，序列号，时间戳，传输监视。 实时传输协议（RTP）本身并不提供任何机制保证实时传输或业务质量保证，而是让底层协议去实现。 RTP包括两个紧密相关的部分： 实时传输协议（RTP－Real Time Transport Protocol），传输有实时特性的信息； RTP控制协议（RTCP－RTP Control Protocol），监视业务质量和传输对话中成员的信息。 RTP/RTCP报文封装格式为：DL+IP+UDP+RTP/RTCP 2.RTP报文统计方法介绍 RTP报文发送统计： NTP时间标志：64比特，指示了此报告发送时的壁钟（wallclock）时刻，它可以与从其它接收者返回的接收报告块中的时间标志结合起来，测量到这些接收者的环路时延。 RTP时间标志：32比特，与以上的NTP时间标志对应同一时刻，但是与数据包中的RTP时间标志具有相同的单位和偏移量。 发送包数：32比特，从开始传输到此SR包产生时该发送者发送的RTP数据包总数。 若发送者改变SSRC识别符，该计数器重设。 发送字节数：32比特，从开始传输到此SR包产生时该发送者在RTP数据包发送的字节总数（不包括头和填充）。若发送者改变SSRC识别符，该计数器重设。 RTP报文接收统计： 丢包率：8比特，自从前一SR包或RR包发送以来，从SSRC_n传来的RTP数据包的损失比例，以固定点小数的形式表示，小数点在此域的左侧，等于将丢包率乘256后取整数部分。该值定义为损失包数被期望接收的包数除。（对应RTCP消息中的丢
过程控制系统管理实施细则 1.1 过程控制系统管理要求 1.1.1 过程控制系统硬件日常维护 (1) 每日按时巡检，检查主机、硬件系统、冷却风扇的运行状况，检查机柜室温度和湿度，并如实认真填写《机柜室巡检记录》。 (2) 按照规定周期做好各设备的清洁工作。 (3) 每日检查系统状态画面（或设备故障记录），检查运行中模块及卡件的指示灯状态，检查系统的网络通讯状况，具备自诊断功能的系统要检查系统诊断情况是否正常，并对以上内容进行记录。 (4) 系统的关键部件和易损件要有足够的备品备件，依据系统厂商所提供的维护手册，按照使用周期和使用年限，在具备条件的情况下，定期更换系统风扇、过滤网、冷却风扇、供电单元、硬盘、后备电池、显示单元、键盘、鼠标等易损易耗件。 (5) 建立《过程控制系统台帐》，对每套过程控制系统
的硬件组成、型号规格、技术参数、数量以及软件构成、软件版本号等信息进行全面、仔细地记录。 1.1.2 过程控制系统日常软件管理 (1) 控制系统相关软件（包括系统软件、组态工程文件、授权盘、其他相关软件等）必须有双备份，分别存放在班组和仪表车间，软件备份要注明软件名称、使用装置、备份日期、备份人，并建立软件备份管理台帐。在条件具备的情况下，每年对控制系统软件进行一次备份。 (2) 过程控制系统组态变更后，必须及时进行软件备份，并对软件备份台帐进行更新。 1.1.3 过程控制系统密码管理 (1) 过程控制系统工程师站，包括DCS系统、ESD系统、PLC系统、机组控制系统、计算机监控系统等工程师组态密码须由所在班长和技术员掌握和操作。 (2) 仪表班组人员须掌握SOE站密码，用于联锁事件查寻、故障判断及处理。 (3) 软联锁密码管理：机柜间内各控制系统及DCS系统
长时延丢包网络控制系统的分析与建模 江卷，朱其新 华东交通大学电气学院，南昌（330013） E-mail：broading@https://www.doczj.com/doc/55764315.html, 摘要：本文分析了网络控制系统中的主要问题，在传感器为时间驱动，控制器和执行器为事件驱动的前提下，提出了在综合考虑网络诱导时延、时序错乱和数据包丢失时网络控制系统的建模方法，并得出了网络控制系统模型。 关键词：网络控制系统；长时延；数据包丢失；建模 1.引言 网络控制系统（networked control systems,简记为NCS）是指通过网络形成闭环的反馈控制系统，是控制科学和飞速发展的计算机网络、以及通讯技术相结合的产物。NCS与传统的点对点结构的系统相比，减少了复杂的物理连接、可以实现资源共享、实现远程操作与控制、具有高的诊断能力、安装与维护简便、能有效减少系统的重量和体积、增加了系统的灵活性和可靠性等诸多优点。正因为这些优点使得网络控制系统得到广泛的应用，网络控制问题也得到了国际控制科学界和计算机科学界的广泛关注。 网络控制系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。传感器和控制器以及控制器和执行器之间是通过网络进行数据传输的。网络控制系统（NCS）的结构如图1所示。 图1 网络控制系统结构示意图 由于网络加入控制系统中，给控制系统带来优点的同时，也给控制系统的研究带来了新的机遇和挑战。在网络中由于不可避免地存在网络阻塞和连接中断，这又会导致网络数据包的时序错乱和数据包的丢失。NCS中的网络诱导时延会降低系统性能甚至引起系统不稳定，现在时延系统的分析和建模近年来已取得很大发展。文献【1, 2】提出了通过在系统的数据接收端设置一定长度的缓冲区的方法将ICCS的随机时延转化成一确定性时延，从而将一随机时变的系统转换成一确定性系统，并基于该确定性模型设计了ICCS的多步时延补偿器，并检验了系统模型中含有不确定参数时该补偿算法的鲁棒性。文献【3】出了一种多输入多输出ICCS的时延补偿算法，并将使用下一步预测的标准环路传递再生方法推广到多步预测的情况。由于NCS的确定性控制方法人为地扩大了网络诱导时延，从而降低了系统的性能因此很多学者研究了NCS的随机控制方法。文献【4】分析了ICCS的网络诱导时延，在时延分析中考虑了信号丢失(message rejection)和无效采样(vacant sampling)，并基于控制器的离
MES对过程控制系统（PCS）的数据采集1 引言 随着计算机信息技术的高速发展、软件应用技术的不断普及、企业信息化建设经验的不断积累和计算机信息管理系统应用水平的提高，使企业深刻地认识到走信息集成化道路的重要性。实施信息集成化技术，已成为企业信息化建设发展的一种必然选择。在流程制造行业的企业信息化建设中，位于底层车间进行生产控制的是以先进控制、操作优化为代表的过程控制系统（PCS），PCS强调的是通过控制优化，减少人为因素的影响，提高产品的质量与系统的运行效率；而位于上层的企业计划系统（ERP），强调的是企业的计划性。尽管这两类系统的推广取得了一定效果，但却忽略了两者之间的有效配合，导致企业上层经营管理缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。为此，将经营计划与生产过程统一起来的生产执行系统（MES）应运而生。 2 MES系统功能及构成 MES（Manufacturing Execution System）即制造执行系统，俗称生产执行系统。MES位于企业信息计划系统（ERP／SCM）和过程控制系统（PCS）的中间位置，过程控制系统包括分散控制系统（DCS）和安全仪表系统（SIS）等。ERP作为业务管理系统，DCS／SIS属于控制系统，而MES则是生产执行系统。MES与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，一是把业务计划指令传达到生产现场，二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。MES不单是面向生产现场的系统，而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，连结现场层和经营层，通过实时数据库传输基本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供企业计划系统与过程控制系统之间的通信功能，是应用于企业的重要信息系统。其具体功能如下： 2.1 资源分配、状态及人力资源管理 管理设备、工具、人员物料、以及其他生产实体，满足生产计划的要求对其所作的预定和调度，用以保证生产的正常进行；提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息，确保设备能够正确安装和运转。为单位提供每个人的状态，通过时间对比，出勤报告，行为跟踪及行为（包含资财及工具准备作业）为基础的费用等为基准，实现对人力资源间接行为的跟踪管理。 2.2 工序详细调度及生产单元分配 提供与指定生产单元相关的优先级（Priorities）、属性（Attributes）、特征（Characteristic）以及处方（Recipes）等，通过基于有限能力的调度考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间，实现良好的作业顺序，并最大限度地减少生产过程中的准备时间。以作业、订单、批量、成批和工作单等形式来管理生产单元间的工作流。通过调整车间已制订的生产进
第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求： （1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =
故传函为： 232323123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。试问： （1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？ （2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？ （3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：
网络控制系统时延研究综述 胡晓娅，朱德森，汪秉文 （华中科技大学控制科学与工程系，武汉430074） 摘要：网络控制系统中由于通讯网络的引入而导致的网络时延在不同程度上降低了系统的控制性能，甚至会造成系统的不稳定。本文就网络控制系统所带来的时延问题进行了详细地分析；根据两种闭环网络控制系统时延模型，对目前关于时延问题的常用分析与研究方法进行了论述和总结。在此基础上，进一步分析了闭环网络控制系统设计中针对时延问题尚待解决的问题以及一些新的研究方向。 关键词：网络控制系统随机时延控制策略调度算法 1 引言 随着计算机网络的广泛使用和网络技术的不断发展，控制系统的结构正在发生变化。使用专用或公用计算机网络代替传统控制系统中的点对点结构，实现传感器、控制器和执行器等系统组件之间的控制信息可以相互传递的系统，不仅在部件散布在大范围区域的广域分布式系统(如大型工业过程控制系统)中，甚至在集中的小型局域系统中(如航天器、舰船以及新型高性能汽车等)都正在或者将要得到使用。在这样的控制系统中，检测、控制、协调和指令等各种信号均可通过公用数据网络进行传输，而估计、控制和诊断等功能也可以在不同的网络节点中分布执行。通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(Networked Control Systems，简记为ＮＣＳ)。ＮＣＳ与传统的点对点结构的系统相比，具有可以实现资源共享、远程操作与控制、较高的诊断能力、安装与维护简便、能有效减少系统的重量和体积、增加系统的灵活性和可靠性等诸多优点[１-3]。另外，使用无线网络技术还可以实现用大量广泛散布的廉价传感器与远距离的控制器、执行器构成某些特殊用途的ＮＣＳ，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。 但是ＮＣＳ在通过共享网络资源给控制系统带来各种优点的同时，也给系统和控制理论的研究带来了新的机遇和挑战。例如，由于信道竞争、物理信号编码和通信协议处理等带来的额外开销，在控制器、执行器和传感器之间不可避免地引入了不同类型的时延，这些时延统称为网络时延。根据所采用的网络协议和设备的不同，这类时延可能是确定的、有界的或随机的，它们在不同程度上降低了系统的控制性能，甚至造成系统的不稳定。尤其当网络上存在多个控制回路时，网络时延会使各回路之间产生耦合，从而使网络控制系统的分析和设计更加复杂[4，5]。因此，网络通信带来的端到端的时延是研究NCS的关键因素，既要减小时延降低其不确定性，又要克服时延对控制系统的不利影响。 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助（20020487023） - 1 -
网络控制系统的发展现状及展望
有关网络控制系统的发展现状及展望的读书报告 1.概述 计算机技术和通信技术的飞速发展, 使网络应用在全球范围内日益普及, 并渗透到社会生活的各个领域。在控制领域，网络已逐渐进入人们的视野，并引领控制系统的结构发生着变化。通过公用或专用的通信网络来代替传统控制系统中的点对点结构已越来越普遍。这种通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统（NCSS）与传统点对点结构的控制系统相比。NCSS具有成本低、功耗小、安装与维护简便、可实现资源共享、能进行远程操作等优点。若采用无线网络，NCSS还可以实现某些特殊用途的控制系统，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。NCSS的诸多优点使其在远程医疗、智能交通、 航空航天、制造过程以及国防等领域得到了日益广泛的应用。 然而，网络并不是一种可靠的通信介质。由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题。这些问题是恶化系统性能以及导致NCSS不稳定的重要原因，并且这些问题的存在使传统控制理论很难直接应用于NCSS的分析和设计。为保证NCSS稳定并具有满意的控制性能，必须深入研究NCSS并发展与其相适应的分析和设计理论。近年来，NCSS的研究得到了来自控制领域、信号处理领域、以及通讯领域研究人员的共同关注，相关文献层出不穷。本文力图回顾近年来这一领域的重要成果，总结并指出这一领域下一步的发展方向和有待解决的新课题。 2.网络控制中的基本问题 2.1 时延 由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延。网络时延受网络协议、负载状况、网络传输速率以及数据包大小等因素的综合影响，其数值变化可呈现随机、时变等特性。在NCSS的研究中，时延的数学描述主要采用以下3类模型: 固定时延模型、具有上下界的随机时延模型以及符合某种概率分布的概率时延模型。 2.2 丢包 由于网络节点的缓冲区溢出、路由器拥塞、连接中断等原因，数据包在网络传输中会出现丢失现象；丢包受网络协议、负载状况等因素的综合影响，通常具有随机性、突发性等特点。在NCSS的研究中，丢包的数学描述主要有以下两种方法: 1）确定性方法: 该方法通常采用平均丢包率或最大连续丢包量来描述丢
过程控制系统习题解 答
《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。 答：第一个阶段 50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题 第二个阶段 60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用 第四个阶段 80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？
有关网络控制系统的发展现状及展望的读书报告 1.概述 计算机技术和通信技术的飞速发展, 使网络应用在全球范围内日益普及, 并渗透到社会生活的各个领域。在控制领域，网络已逐渐进入人们的视野，并引领控制系统的结构发生着变化。通过公用或专用的通信网络来代替传统控制系统中的点对点结构已越来越普遍。这种通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统（NCSS）与传统点对点结构的控制系统相比。NCSS具有成本低、功耗小、安装与维护简便、可实现资源共享、能进行远程操作等优点。若采用无线网络，NCSS还可以实现某些特殊用途的控制系统，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。NCSS的诸多优点使其在远程医疗、智能交通、航空航天、制造过程以及国防等领域得到了日益广泛的应用。 然而，网络并不是一种可靠的通信介质。由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题。这些问题是恶化系统性能以及导致NCSS不稳定的重要原因，并且这些问题的存在使传统控制理论很难直接应用于NCSS的分析和设计。为保证NCSS稳定并具有满意的控制性能，必须深入研究NCSS并发展与其相适应的分析和设计理论。近年来，NCSS的研究得到了来自控制领域、信号处理领域、以及通讯领域研究人员的共同关注，相关文献层出不穷。本文力图回顾近年来这一领域的重要成果，总结并指出这一领域下一步的发展方向和有待解决的新课题。 2.网络控制中的基本问题 2.1 时延 由于网络带宽和服务能力的物理限制，数据包在网络传输中不可避免地存在时延。网络时延受网络协议、负载状况、网络传输速率以及数据包大小等因素的综合影响，其数值变化可呈现随机、时变等特性。在NCSS的研究中，时延的数学描述主要采用以下3类模型: 固定时延模型、具有上下界的随机时延模型以及符合某种概率分布的概率时延模型。 2.2 丢包 由于网络节点的缓冲区溢出、路由器拥塞、连接中断等原因，数据包在网络传输中会出现丢失现象；丢包受网络协议、负载状况等因素的综合影响，通常具有随机性、突发性等特点。在NCSS的研究中，丢包的数学描述主要有以下两种方法: 1）确定性方法: 该方法通常采用平均丢包率或最大连续丢包量来描述丢包； 2）概率方法: 该方法假设丢包满足某种概率分布，如有限状态的Markov过程、Berno分布等，并采用相应的概率模型来描述丢包。 2.3 时序错乱 由于数据包传输路径不唯一、且不同路径的传输时延亦不尽相同，数据包到达目的节点的时序可能发生错乱。数据包的时序错乱是随机性网络时延的衍生现象，因而时序错乱亦能恶化NCSS的控制性能甚至造成系统不稳定。 2.4 单包传输和多包传输 以数据包形式传输信息是NCSS有别于传统控制系统的重要特点之一。根据传输策略不同，NCSS的数据传输分为单包传输和多包传输两种情况。单包传输
实验三 一.实验名称：排队时延和丢包 二.实验目的 1.深入理解排队时延和丢包的概念 2.深入理解排队时延和丢包的关系 三.实验环境 1.运行Windows 2003 Server/XP操作系统的PC机一台。 2.每台PC机具有以太网卡两块，通过双铰线与局域网相连 3.java虚拟机，分组交换Java程序 四.实验步骤 1. 熟悉实验环境 实验之前先要设定好发送速率和传输速率 ●发送速率可选择350packet/s或500 packet/s ●传输速率可选择350 packet/s、500 packet/s或1000 packet/s。 2.设定参数：发送速率为500packet/s传输速率为500packet/s 传输速率等于发送速率时，一般不会发生丢包现象，如图3-1所示
图3-1缓存队列偶尔溢出 3.设定发送速率为500 packet/s，传输速率为350 packet/s 此时，分组一般在路由器缓存中会产生排队现象，从而导致排队时延。由于缓存器容量（队列）是有限的，当到达的分组发现排列队列已满时，将会被丢弃（参见图3-2）。 图3-2排队队列已满，到达分组被丢弃 4.设发送速率为500 packet/s，传输速率为1000 packet/s 当发送速率比传输速率小得多时，也不会产生排队时延（参见图3-3）
图3-3不会产生排队时延 五.实验现象及结果分析 1.传输速率等于发送速率时，一般不会发生丢包现象。但当实验的 时间较长时，缓存队列偶尔也会发生溢出，请分析其原因。 答：时延是指数据从网络的一端传送到另一端的所需时间。其由发送时延、传播时延、处理时延、排队时延这几个不同的部分组成的。排队时延分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。但分组再进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发，即产生了排队时延。排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量。当网络的通信量很大时会发生队列溢出，使分组丢失，即发生了丢包现象。传输速率等于发送速率时，一般不会发生丢包现象。但当实验的时间较长时，缓存队列偶尔也会发生溢出，这主要是由于长时间后偶尔处理时延会比较长，队列容量有限，有可能出现堆满的情况，则数据会在缓存中等待处理。 2.你自己可以选定一系列参数组进行模拟实验，并分析其中原理和 呈现的规律性。并且，同学们可以查看程序代码分析实验的情况。 答：自己加350 1000 下面是实验图
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1 残余偏差C：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y（∞）与设定值之间的偏差C称为残余偏差，简称残差；
四川师范大学本科毕业设计 基于MATLAB的控制系统稳定性分析 学生姓名宋宇 院系名称工学院 专业名称电气工程及其自动化 班级 2010 级 1 班 学号2010180147 指导教师杨楠 完成时间2014年 5月 12日
基于MATLAB的控制系统稳定性分析 电气工程及其自动化 本科生宋宇指导老师杨楠 摘要系统是指具有某些特定功能，相互联系、相互作用的元素的集合。一般来说，稳定性是系统的重要性能，也是系统能够正常运行的首要条件。如果系统是不稳定，它可以使电机不工作，汽车失去控制等等。因此，只有稳定的系统，才有价值分析与研究系统的自动控制的其它问题。为了加深对稳定性方面的研究，本设计运用了MATLAB软件采用时域、频域与根轨迹的方法对系统稳定性的判定和分析。 关键词：系统稳定性 MATLAB MATLAB稳定性分析
ABSTRACT System is to point to have certain function, connect with each other, a collection of interacting elements. Generally speaking, the stability is an important performance of system, also is the first condition of system can run normally. If the system is not stable, it could lead to motor cannot work normally, the car run out of control, and so on. Only the stability of the system, therefore, have a value analysis and the research system of the automatic control of other problems. In order to deepen the study of stability, this design USES the MATLAB software using the time domain, frequency domain and the root locus method determination and analysis of the system stability. Keywords: system stability MATLAB MATLAB stability analysis
网络控制系统的稳定性分析 1、引言 人类社会是不断向前发展的，促使这种发展最大的动力莫过于人类的创造力，人类利用自己这种特有的能力在改造着自然，同时也在不断改变着人类社会和人们的思维方式。正是由于人类在自身发展过程中不断的创造和探索，特别是随着科学技术的不断发展，这种变革的速度也越来越快。 现在科技的进步日新月异，各种新技术不断涌现，网络控制系统(Networked Control Systems, NCS)是最近几年随着控制技术、计算机技术、通信网络技术发展起来的，是控制系统新的发展方向，是复杂大系统控制和远程控制系统的客观需求。NCS的典型结构图如图1所示。传感器、执行机构和驱动装置等现场设备的智能化为通信网络在控制系统更深层次的应用提供了必需的物质基础，同时通信网络的管理和控制也要求更多地采用控制理论技术和策略，而高速以太网和现场总线技术的发展和成熟解决了网络控制系统自身的可靠性和开放性问题，这都使得网络控制系统发展更具有现实性。使用专用或公用计算机网络代替传统控制系统的点对点控制结构，实现传感器、控制器、执行器等系统组件之间的控制信息互相传递。在这样的控制系统中，检测、控制、协调和指令等各种信息都可通过公用数据网络进行传输，而估计、控制和诊断等功能也可以在不同的网络节点中分布执行。NCS广泛应用于汽车工业、制造业、交通管理与控制、机器人远程操作、高级的航天航空器和电气化运输工具等各种应用中。 图 1 网络控制系统典型结构图 然而，在网络控制系统中由于通信网络的介入，使得控制系统的分析和综合更为复杂。首先，由于控制系统的信息在网络中传输，网络调度是一个很重要的问题，怎么让时间同步，避免网络堵塞，减少网络中的冲突，能有效的利用网络。其次，由于网络控制系统中存在网络诱导时延，它是随机的，可能是定长的，也可能是时变的，这种时延可能会降低系统的性能，甚
计算机过程控制系统的应用与发展 李杰训!徐晶（大庆油田工程设计技术开发有限公司）岳绍信!石少敏（吉林油田设计院） !!在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是"#世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志。 凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。过程控制系统可以分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难达到生产和管理要求，计算机过程控制系统是近几十年发展起来的以计算机为核心的控制系统。 $%计算机过程控制系统的发展回顾 世界上第一台电子数字计算机于$&’(年在美国问世。经历了十多年的研究，$&)&年世界上第一台过程控制计算机*+,—-##在美国德克萨斯的一个炼油厂正式投入运行。这项开创性工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术获得了迅速的发展。回顾工业过程的计算机控制历史，经历了以下几个时期： （$）起步时期（"#世纪)#年代）。"#世纪)#年代中期，有人开始研究将计算机用于工业过程控制。 （"）试验时期（"#世纪(#年代）。$&("年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。 （-）推广时期（"#世纪.#年代）。随着大规模集成电路（/01）技术的发展，$&."年生产出了微型计算机（234 56757289:;6），其最大优点是运算速度快，可靠性高，价格便宜和体积小。 （’）成熟时期（"#世纪<#年代）。随着超大规模集成电路（=/01）技术的飞速发展，使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向发展。<#年代末，又推出了具有计算机辅助设计（>?@）、专家系统、控制和管理融为一体的新型集散控制系统。 （)）进一步发展时期（"#世纪&#年代）。在计算机控制系统进一步完善，应用更加普及，价格不断下降的同时，功能却更加丰富，性能变得更加可靠。 "%计算机过程控制系统的分类 计算机控制系统的应用领域非常广泛，计算机可以控制单个电机、阀门，也可以控制管理整个工厂企业；控制方式可以是单回路控制，也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而，它的分类方 法也是多样的，可以按照被控参数、设定值的形式进行分类，也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类，还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类，分为以下几类： （$）数据处理系统（@?0），对生产过程参数作巡检、分析、记录和报警处理。 （"）操作指导控制系统（AB>），计算机的输出不直接用来控制生产过程，而只是对过程参数进行收集，加工处理后输出数据，操作人员据此进行必要的操作。 （-）直接数字控制系统（@@>），计算机从过程输入通道获取数据，运算处理后，再从输出通道输出控制信号，驱动执行机构。 （’）监督控制系统（0>>），计算机根据生产过程参数和对象的数字模型给出最佳工艺参数，据此对系统进行控制。 （)）多级控制系统，企业经营管理和生产过程控制分别由几级计算机进行控制，一般是三级系统，即经营管理级（C10）、监督控制级（0>>）和直接数字控制级（@@>）。 （(）集散控制系统（@>0），以微处理器为核心，实现地理和功能上的分散控制，同时通过高速数据通道将分散的信息集中起来，实现复杂的控制和管理。 （.）监控与数据采集系统（0>?@?），0>?@?是以计算机、控制、通讯与>+*技术为基础的一种综合自动化系统，更适用于“点多、面广、线长”的生产过程。由于控制中心和监控点的分散而自然形成了两层控制结构。 （<）现场总线控制系统（D>0），是新一代分布式控制系统，与@>0的三层结构不同，其结构模式为“工作站—现场总线智能仪表”两层结构，降低了总成本，提高了可靠性，系统更加开放，功能更加强大。在统一的国际标准下，可实现真正的开放式互连系统结构。 （&）计算机集成过程控制系统（>1E0），利用@>0作基础，开发高级控制策略，实现各层次的优化，利用管理信息系统C10进行辅助管理和决策，将企业中有关过程控制、计划调度、经营管理、市场销售等信息进行集成，经科学加工后，为各级领导、管理及生产部门提供决策依据，实现控制、管理的一体化。 -%计算机过程控制系统国内外应用状况 近十几年，过程控制系统发展非常迅速，由于集散控制系统是这一领域的主导发展方向，各国厂商都在这一市 $ !!李杰训：计算机过程控制系统的应用与发展!! 万方数据
第37卷 第9期2009年 9月 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) J.H uazhong U niv.of Sci.&T ech.(N atural Science Edit ion)Vo l.37No.9 Sep. 2009 收稿日期:2009 02 09. 作者简介:王妍萍(1973 ),女,副教授,E mail:wang yp821@https://www.doczj.com/doc/55764315.html,. 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2008A A 04Z129);国家自然科学基金资助项目(60864004, 60804066);教育部科学技术研究重点资助项目(208071). 长时延网络控制系统的H 控制 王妍萍1 朱其新 2 (1北京服装学院信息工程学院,北京100029;2华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013) 摘要:研究了具有线性时不变的被控对象的长时延网络控制系统的H 控制问题.基于长时延网络控制系 统的开关系统模型和不确定参数模型,结合李亚普洛夫稳定性原理和鲁棒控制理论,给出了长时延网络控 制系统渐近稳定并具有H 范数界 的存在条件,提出了基于线性矩阵不等式的长时延网络控制系统H 控制器的简便设计方法.最后以网络环境下的不稳定倒立摆为对象进行了仿真研究,结果验证了本文方法 的可行性. 关 键 词:网络控制系统;长时延;状态反馈;镇定;鲁棒控制 中图分类号:T P273 文献标识码:A 文章编号:1671 4512(2009)09 0060 04 H Control of networked control systems with long time delay Wang Yanp ing 1 Zhu Qix in 2 (1Schoo l of I nfo rmatio n Eng ineer ing,Beijing I nstit ute o f Fashion T echno lo gy ,Beijing 100029,China;2Schoo l of Electrical and Electr onics Eng ineer ing,East China Jiaoto ng U niver sity,N anchang 330013,China) Abstract :A contro ller fo r netw orked contr ol systems(NCS)w ith long time delay w as designed and linear time invariant controlled process w as discussed.Based on the sw itched sy stem model and uncer tainty param eters model of netw o rked co ntro l systems,the existing conditions of asy mpto tic stability and w ith no rm bound fo r netw orked co ntro l system w ere pr esented by Lyapuno v metho d and robust control theory.T he sim ple design m ethod o f co ntro ller for netw o rked control sy stem w ith long time delay w as proposed in terms of linear matr ix inequalities.The simulatio n based on the netw or ked con tro l unstable inv erted pendulum w as studied.T he simulation results show that the proposed m ethod is feasible. Key words :netw orked control sy stems;long time delay;state feedback;stabilizatio n;robust contro l 通过实时网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(NCS )[1~4] .随着计算机技术和通信技术的进一步发展,控制系统中传统的点对点的通信结构已越来越不能满足现代控制系统的一些新要求,如分散控制、低成本、易于扩展以及集成的故障诊断与维护等,网络控制系统的出现则使以上问题的解决成为可能.因此NCS 的研究受到越来越多的学者的关注并正成为人们研究的一个热点. 要使NCS 具有较好的性能,NCS 的控制器 就必须对网络诱导时延进行补偿.文献[5]讨论了短时延NCS 的线性二次高斯LQG 控制问题; 文献[6]讨论了有限时间长时延NCS 的LQG 控制问题;文献[7]讨论了无限时间长时延NCS 的LQG 控制问题;文献[8]针对具有伯努利分布的随机时延NCS 给出了H 状态观测器的设计方法;文献[9]讨论了具有网络诱导时延和数据包丢失的NCS 的H 控制问题;文献[10]讨论了通信受限的NCS 的控制与调度相结合的控制方法;文献[11]讨论了具有时延和数据包时序错