計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制

1、1 1、網(wǎng)絡(luò)化控制基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化控制基礎(chǔ)2 2、主從式控制網(wǎng)絡(luò)、主從式控制網(wǎng)絡(luò) 3 3、集散控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)4 4、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)第九章第九章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制9.1 9.1 網(wǎng)絡(luò)化控制基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)化控制基礎(chǔ)1 1、概述、概述 2 2、網(wǎng)絡(luò)化控制的特殊問題、網(wǎng)絡(luò)化控制的特殊問題3 3、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)延分析、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)延分析 4 4、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)鐘同步、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)鐘同步5 5、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型1 1、概述、概述網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（Network based Control SystemsNetwork based Contr

2、ol Systems）廣義上）廣義上定義為利用傳輸媒體把不同地點(diǎn)的多個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)控制裝置、定義為利用傳輸媒體把不同地點(diǎn)的多個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)控制裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等按照不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用各種通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等按照不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用各種通信方式連接起來的在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)。從這個(gè)意信方式連接起來的在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)。從這個(gè)意義上說，集散控制系統(tǒng)（義上說，集散控制系統(tǒng)（DCSDCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FBSFBS）、）、PLCPLC以及工業(yè)以太網(wǎng)等都屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。以及工業(yè)以太網(wǎng)等都屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)狹義上定義控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)通信

3、網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)狹義上定義控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)將傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一起構(gòu)成反饋控制的控制傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一起構(gòu)成反饋控制的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)?？刂破鲌?zhí)行機(jī)構(gòu)控制對(duì)象傳感器通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò)，直接面向生產(chǎn)過程，用于控制網(wǎng)絡(luò)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò)，直接面向生產(chǎn)過程，用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量與控制信息傳輸，產(chǎn)生或引發(fā)物質(zhì)或工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量與控制信息傳輸，產(chǎn)生或引發(fā)物質(zhì)或能量的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換，因此與一般的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)相比有起能量的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換，因此與一般的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)相比有起特殊的要求。特殊的要求。（1 1）具有較好的響應(yīng)實(shí)時(shí)性。控制網(wǎng)絡(luò)不僅要求傳輸速

4、）具有較好的響應(yīng)實(shí)時(shí)性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)不僅要求傳輸速度快，而且在工業(yè)自動(dòng)化控制中還要求響應(yīng)快，即響應(yīng)實(shí)度快，而且在工業(yè)自動(dòng)化控制中還要求響應(yīng)快，即響應(yīng)實(shí)時(shí)性要好，一般為時(shí)性要好，一般為10ms10ms1s 1s 級(jí)；級(jí)；（2 2）高可靠性。即能安裝在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，具有耐沖擊、）高可靠性。即能安裝在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，具有耐沖擊、耐振動(dòng)、耐腐蝕、防塵、防水以及較好的電磁兼容性，在耐振動(dòng)、耐腐蝕、防塵、防水以及較好的電磁兼容性，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)局部鏈路出現(xiàn)故障的情況下，能在很短的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)局部鏈路出現(xiàn)故障的情況下，能在很短的時(shí)間內(nèi)重新建立新的網(wǎng)絡(luò)鏈路；時(shí)間內(nèi)重新建立新的網(wǎng)絡(luò)鏈路；（3 3）簡(jiǎn)潔實(shí)用。以減小

5、軟硬件開銷，從而減低設(shè)備成本，）簡(jiǎn)潔實(shí)用。以減小軟硬件開銷，從而減低設(shè)備成本，同時(shí)也可以提高系統(tǒng)的健壯性；同時(shí)也可以提高系統(tǒng)的健壯性；（4 4）具有好的開放性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)盡量不采用專用網(wǎng)絡(luò)。）具有好的開放性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)盡量不采用專用網(wǎng)絡(luò)。 為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的互連，為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的互連，19771977年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)(ISO)提出了開放系統(tǒng)互連參考模型提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI ( Open System OSI ( Open System Interconnection Interconnection Reference Model )Referen

6、ce Model )。 OSIOSI參考模型將數(shù)據(jù)傳輸過程分解為一系列功能元素，把參考模型將數(shù)據(jù)傳輸過程分解為一系列功能元素，把相關(guān)的功能組合在一起稱為層，每一層完成一項(xiàng)通信子功相關(guān)的功能組合在一起稱為層，每一層完成一項(xiàng)通信子功能，并且下層為上層提供服務(wù)。能，并且下層為上層提供服務(wù)。 OSIOSI參考模型規(guī)定了七個(gè)參考模型規(guī)定了七個(gè)功能層，每層都使用它自己的協(xié)議。功能層，每層都使用它自己的協(xié)議。應(yīng)用層(7)應(yīng)用程序，如Email、FTP、Telnet、WWW表示層(6)數(shù)據(jù)的表示，如編碼、壓縮、加密等會(huì)話層(5)對(duì)話的控制、同步傳輸層(4)分組排序、重裝、確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)層(3)尋址、協(xié)議變換、擁塞避

7、免和恢復(fù)鏈路層(2)LLC子層裝幀、流量控制、檢錯(cuò)糾錯(cuò)MAC子層介質(zhì)訪問控制物理層(1)傳輸信號(hào)和介質(zhì)的電氣規(guī)范在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中有多種通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括目前應(yīng)用最在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中有多種通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括目前應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)廣的局域網(wǎng)LANLAN的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、各種的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、各種DCSDCS的通信協(xié)議、各種的通信協(xié)議、各種FCSFCS的通信協(xié)議、工業(yè)以太網(wǎng)以及串行通信總線的通信協(xié)議的通信協(xié)議、工業(yè)以太網(wǎng)以及串行通信總線的通信協(xié)議等。等。一般而言，控制網(wǎng)絡(luò)為了提高實(shí)時(shí)性只采用了一般而言，控制網(wǎng)絡(luò)為了提高實(shí)時(shí)性只采用了ISO/OSIISO/OSI七層七層參考模型中的最低兩層參考模型中的最低兩層物理

8、層、數(shù)據(jù)鏈路層，以及應(yīng)用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，以及應(yīng)用層。層。物理層主要涉及傳輸介質(zhì)的電氣特性、機(jī)械特性等一些物理物理層主要涉及傳輸介質(zhì)的電氣特性、機(jī)械特性等一些物理性質(zhì)。性質(zhì)。數(shù)據(jù)鏈路層包括了兩個(gè)子層：介質(zhì)訪問控制層（數(shù)據(jù)鏈路層包括了兩個(gè)子層：介質(zhì)訪問控制層（MACMAC）和邏）和邏輯鏈路控制層（輯鏈路控制層（LLCLLC）。）。 介質(zhì)訪問控制層主要功能包括：控介質(zhì)訪問控制層主要功能包括：控制各主機(jī)訪問通信介質(zhì)，提供通信介質(zhì)的復(fù)用機(jī)制；發(fā)送和制各主機(jī)訪問通信介質(zhì)，提供通信介質(zhì)的復(fù)用機(jī)制；發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀；比特流差錯(cuò)檢測(cè)；尋址。邏輯鏈路控制層主要接收數(shù)據(jù)幀；比特流差錯(cuò)檢測(cè)；尋址。邏輯鏈路控制層主

9、要功能包括：建立、維持和拆除鏈路連接；實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。功能包括：建立、維持和拆除鏈路連接；實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。 響應(yīng)時(shí)間和時(shí)延的確定性對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的。由于網(wǎng)絡(luò)化響應(yīng)時(shí)間和時(shí)延的確定性對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的。由于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)共用傳輸線路，在同一時(shí)間可能有多個(gè)設(shè)控制系統(tǒng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)共用傳輸線路，在同一時(shí)間可能有多個(gè)設(shè)備同時(shí)請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸，因此就必須采用某種介質(zhì)訪問控制方式來備同時(shí)請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸，因此就必須采用某種介質(zhì)訪問控制方式來協(xié)調(diào)設(shè)備訪問介質(zhì)的順序。協(xié)調(diào)設(shè)備訪問介質(zhì)的順序。節(jié)點(diǎn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的訪問是由介質(zhì)訪問控制（節(jié)點(diǎn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的訪問是由介質(zhì)訪問控制（MACMAC）協(xié)議來決定，）協(xié)議來決

10、定，分析各種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析各種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的MACMAC協(xié)議，可以定性和定量的分析網(wǎng)協(xié)議，可以定性和定量的分析網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和效率。絡(luò)的時(shí)延和效率。 在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，常用的介質(zhì)訪問控制協(xié)議主要有在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，常用的介質(zhì)訪問控制協(xié)議主要有4 4種：令牌種：令牌訪問（包括令牌總線和令牌環(huán)）、載波監(jiān)聽多路訪問（訪問（包括令牌總線和令牌環(huán)）、載波監(jiān)聽多路訪問（CSMACSMA）及其改進(jìn)協(xié)議、及其改進(jìn)協(xié)議、TDMTDM協(xié)議，以及主從式訪問。主從式介質(zhì)訪問協(xié)議，以及主從式訪問。主從式介質(zhì)訪問是在一個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備之間通過循環(huán)查詢、應(yīng)答方式通信，是在一個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備之間通過循環(huán)查詢、應(yīng)答方式

11、通信，不存在通信的沖突，所以通信的時(shí)延是確定的，主要由通信速率不存在通信的沖突，所以通信的時(shí)延是確定的，主要由通信速率和節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)決定。和節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)決定。（1 1）令牌協(xié)議）令牌協(xié)議(Token Passing)(Token Passing)基于令牌的傳遞協(xié)議有令牌環(huán)（基于令牌的傳遞協(xié)議有令牌環(huán)（802.3802.3）和令牌總線（）和令牌總線（802.4802.4）。）。令牌環(huán)適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。令牌總線適用于總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，令牌環(huán)適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。令牌總線適用于總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，其中的各?jié)點(diǎn)按一定的邏輯順序構(gòu)成邏輯環(huán)。其中的各節(jié)點(diǎn)按一定的邏輯順序構(gòu)成邏輯環(huán)。令牌協(xié)議中令牌是控制標(biāo)志，網(wǎng)絡(luò)中只設(shè)一張令

12、牌，并依次沿令牌協(xié)議中令牌是控制標(biāo)志，網(wǎng)絡(luò)中只設(shè)一張令牌，并依次沿各結(jié)點(diǎn)傳送。只有擁有令牌的節(jié)點(diǎn)才可得到網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，向各結(jié)點(diǎn)傳送。只有擁有令牌的節(jié)點(diǎn)才可得到網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息。當(dāng)該節(jié)點(diǎn)發(fā)送完成或時(shí)間到時(shí)，將令牌傳給下網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息。當(dāng)該節(jié)點(diǎn)發(fā)送完成或時(shí)間到時(shí)，將令牌傳給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)。令牌網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，令牌依次沿每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有令牌網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，令牌依次沿每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有平等發(fā)送信息的機(jī)會(huì)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)占令牌期間，發(fā)送該節(jié)點(diǎn)信平等發(fā)送信息的機(jī)會(huì)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)占令牌期間，發(fā)送該節(jié)點(diǎn)信息并置令牌為息并置令牌為“忙忙”狀態(tài)，其它節(jié)點(diǎn)只能處于接收狀態(tài)。當(dāng)所狀態(tài)，其它節(jié)點(diǎn)

13、只能處于接收狀態(tài)。當(dāng)所發(fā)信息繞環(huán)一周后，由發(fā)送節(jié)點(diǎn)清除，發(fā)信息繞環(huán)一周后，由發(fā)送節(jié)點(diǎn)清除，“忙忙”令牌被置為令牌被置為“空空”狀態(tài)，繞環(huán)傳送令牌。當(dāng)下一結(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息時(shí)，則得到該令狀態(tài)，繞環(huán)傳送令牌。當(dāng)下一結(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息時(shí)，則得到該令牌，同時(shí)將令牌由牌，同時(shí)將令牌由“空空”狀態(tài)置為狀態(tài)置為“忙忙”狀態(tài)，并發(fā)送信息。狀態(tài)，并發(fā)送信息。前同步碼起始界符目的地址源地址數(shù)據(jù)單元結(jié)束界符幀檢測(cè)序列Bytes 11664115 Bytes5 Bytes幀控制100對(duì)于令牌環(huán)而言，依賴于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來傳遞令牌是一個(gè)很對(duì)于令牌環(huán)而言，依賴于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來傳遞令牌是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，可以省去在令牌中攜帶地址信

14、息，更重要的是每個(gè)大的優(yōu)點(diǎn)，可以省去在令牌中攜帶地址信息，更重要的是每個(gè)站點(diǎn)無需知道環(huán)上下一個(gè)站點(diǎn)的地址。當(dāng)站點(diǎn)離開或加入環(huán)時(shí)，站點(diǎn)無需知道環(huán)上下一個(gè)站點(diǎn)的地址。當(dāng)站點(diǎn)離開或加入環(huán)時(shí)，環(huán)上現(xiàn)已存在的站點(diǎn)不需要更改任何配置。但同時(shí)這種依賴拓環(huán)上現(xiàn)已存在的站點(diǎn)不需要更改任何配置。但同時(shí)這種依賴拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳遞令牌的機(jī)制無法使用一些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不能控制的物理?yè)浣Y(jié)構(gòu)傳遞令牌的機(jī)制無法使用一些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不能控制的物理傳輸介質(zhì)，如微波、電力傳輸線等。傳輸介質(zhì)，如微波、電力傳輸線等。在令牌總線中，確定接收空令牌的下一個(gè)站點(diǎn)比較復(fù)雜。同時(shí)，在令牌總線中，確定接收空令牌的下一個(gè)站點(diǎn)比較復(fù)雜。同時(shí)，在通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或離開令牌

15、總線時(shí)，整個(gè)總線必須自動(dòng)重新進(jìn)在通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或離開令牌總線時(shí)，整個(gè)總線必須自動(dòng)重新進(jìn)行配置以確定總線上的節(jié)點(diǎn)地址序列，使令牌有序地在總線上行配置以確定總線上的節(jié)點(diǎn)地址序列，使令牌有序地在總線上傳遞。傳遞。 令牌協(xié)議的能提供優(yōu)先權(quán)服務(wù)、無須沖突檢測(cè)、有較好的實(shí)令牌協(xié)議的能提供優(yōu)先權(quán)服務(wù)、無須沖突檢測(cè)、有較好的實(shí)時(shí)性。在理論上每個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延便被限定在一個(gè)時(shí)性。在理論上每個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延便被限定在一個(gè)最大范圍之內(nèi)。所以令牌訪問協(xié)議是一種確定性訪問協(xié)議，傳最大范圍之內(nèi)。所以令牌訪問協(xié)議是一種確定性訪問協(xié)議，傳送效率高、信息吞吐量大，實(shí)時(shí)性好。送效率高、信息吞吐量大，實(shí)時(shí)性好。（2

16、2）載波偵聽多路訪問）載波偵聽多路訪問(CSMA(CSMA）IEEE802.3IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議的以太網(wǎng)協(xié)議的MACMAC層采用載波監(jiān)聽多路訪問層采用載波監(jiān)聽多路訪問（ Carrier Sense Multiple AccessCarrier Sense Multiple Access）方式。）方式。其工作原理是當(dāng)某一結(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息時(shí)，首先要偵聽網(wǎng)絡(luò)中有其工作原理是當(dāng)某一結(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息時(shí)，首先要偵聽網(wǎng)絡(luò)中有無其它結(jié)點(diǎn)正在發(fā)送信息，若沒有則立即發(fā)送；否則，等待一無其它結(jié)點(diǎn)正在發(fā)送信息，若沒有則立即發(fā)送；否則，等待一段時(shí)間，直至信道空閑，開始發(fā)送。段時(shí)間，直至信道空閑，開始發(fā)送。 由于傳

17、輸線上不可避免的有時(shí)間的延遲，有可能多個(gè)站同時(shí)監(jiān)由于傳輸線上不可避免的有時(shí)間的延遲，有可能多個(gè)站同時(shí)監(jiān)聽到線上空閑并開始發(fā)送，從而導(dǎo)致沖突。因此，當(dāng)結(jié)點(diǎn)開始聽到線上空閑并開始發(fā)送，從而導(dǎo)致沖突。因此，當(dāng)結(jié)點(diǎn)開始發(fā)送信息時(shí)，該結(jié)點(diǎn)繼續(xù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)一段時(shí)間，且把收到的信發(fā)送信息時(shí)，該結(jié)點(diǎn)繼續(xù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)一段時(shí)間，且把收到的信息和自己發(fā)送的信息進(jìn)行比較，若相同，則發(fā)送正常進(jìn)行；若息和自己發(fā)送的信息進(jìn)行比較，若相同，則發(fā)送正常進(jìn)行；若不同，說明由其它結(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，引起混亂，應(yīng)立即停止，等不同，說明由其它結(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，引起混亂，應(yīng)立即停止，等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，再重復(fù)上述過程。待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，再重復(fù)上述過程。C

18、SMACSMA協(xié)議的沖突退避算法采用了二進(jìn)制指數(shù)算法，即根協(xié)議的沖突退避算法采用了二進(jìn)制指數(shù)算法，即根據(jù)沖突的歷史估計(jì)網(wǎng)上信息量而決定本次應(yīng)等待的時(shí)間。據(jù)沖突的歷史估計(jì)網(wǎng)上信息量而決定本次應(yīng)等待的時(shí)間。當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，控制器延遲一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)度的間隔時(shí)間后當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，控制器延遲一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)度的間隔時(shí)間后重新發(fā)送數(shù)據(jù)，即：重新發(fā)送數(shù)據(jù)，即：其中，其中，NN為沖突次數(shù)，為沖突次數(shù)，R R為隨機(jī)數(shù)，為隨機(jī)數(shù)，A A為計(jì)時(shí)單位（一般為計(jì)時(shí)單位（一般選用總線循環(huán)一周時(shí)間）。這種算法的基本思想是：等選用總線循環(huán)一周時(shí)間）。這種算法的基本思想是：等待時(shí)間的長(zhǎng)短和沖突的歷史有關(guān)。一個(gè)數(shù)據(jù)幀遭遇的沖待時(shí)間的長(zhǎng)短和沖突

19、的歷史有關(guān)。一個(gè)數(shù)據(jù)幀遭遇的沖突次數(shù)越多，說明網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大，等待重發(fā)時(shí)突次數(shù)越多，說明網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大，等待重發(fā)時(shí)間就越長(zhǎng)。間就越長(zhǎng)。 CSMACSMACDCD方式原理較簡(jiǎn)單，且技術(shù)上較易實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)方式原理較簡(jiǎn)單，且技術(shù)上較易實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)處于同等地位，無需集中控制，但不能提供優(yōu)中各結(jié)點(diǎn)處于同等地位，無需集中控制，但不能提供優(yōu)先級(jí)控制，所有結(jié)點(diǎn)都有平等競(jìng)爭(zhēng)的能力，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載先級(jí)控制，所有結(jié)點(diǎn)都有平等競(jìng)爭(zhēng)的能力，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不重情況下，有較高的效率，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)不重情況下，有較高的效率，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)送信息的等待時(shí)間加長(zhǎng)，效率顯著降低。送信息的等待時(shí)間加長(zhǎng)，效率顯

20、著降低。NAR2IEEE802.3IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議的以太網(wǎng)協(xié)議的MACMAC層采用的是層采用的是CSMACSMA方式，其數(shù)方式，其數(shù)據(jù)格式主要部分由五個(gè)字段組成，前兩個(gè)字段分別為目的地?fù)?jù)格式主要部分由五個(gè)字段組成，前兩個(gè)字段分別為目的地址和源地址，各占址和源地址，各占6 6個(gè)字節(jié)；第三個(gè)字段為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，表明個(gè)字節(jié)；第三個(gè)字段為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，表明后面的數(shù)據(jù)字段的字節(jié)長(zhǎng)度，占后面的數(shù)據(jù)字段的字節(jié)長(zhǎng)度，占2 2個(gè)字節(jié)；數(shù)據(jù)字段是個(gè)字節(jié)；數(shù)據(jù)字段是LLCLLC層層傳送下來的傳送下來的LLCLLC幀數(shù)據(jù)，最后一個(gè)字段為幀校驗(yàn)序列幀數(shù)據(jù)，最后一個(gè)字段為幀校驗(yàn)序列FCSFCS，它，它是對(duì)前面四個(gè)字段

21、進(jìn)行是對(duì)前面四個(gè)字段進(jìn)行CRCCRC校驗(yàn)。校驗(yàn)。 對(duì)于數(shù)據(jù)字段，有最小長(zhǎng)度的要求。當(dāng)對(duì)于數(shù)據(jù)字段，有最小長(zhǎng)度的要求。當(dāng)LLCLLC層傳下來的層傳下來的LLCLLC幀幀數(shù)據(jù)不夠時(shí)，需要在數(shù)據(jù)不夠時(shí)，需要在PADPAD數(shù)據(jù)段進(jìn)行數(shù)據(jù)填充。數(shù)據(jù)段進(jìn)行數(shù)據(jù)填充。CSMA/CDCSMA/CD協(xié)議的核心是當(dāng)發(fā)送站正在發(fā)送時(shí)，若檢測(cè)到?jīng)_突則立即終協(xié)議的核心是當(dāng)發(fā)送站正在發(fā)送時(shí)，若檢測(cè)到?jīng)_突則立即終止發(fā)送，推遲一段時(shí)間后再發(fā)送。如果所發(fā)送的幀太短，有止發(fā)送，推遲一段時(shí)間后再發(fā)送。如果所發(fā)送的幀太短，有可能還沒有來得及檢測(cè)到?jīng)_突就已經(jīng)發(fā)送完了，從而檢測(cè)不可能還沒有來得及檢測(cè)到?jīng)_突就已經(jīng)發(fā)送完了，從而檢測(cè)不到?jīng)_突

22、到?jīng)_突 。前同步碼起始界符目的地址源地址數(shù)據(jù)長(zhǎng)度LLC數(shù)據(jù)PAD幀檢測(cè)序列Bytes 71660-15000-462422 Bytes46-1500 Bytes4 Bytes發(fā)送的幀的最短長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)要保證在發(fā)送完畢之前，必須能發(fā)送的幀的最短長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)要保證在發(fā)送完畢之前，必須能夠檢測(cè)到可能最晚到來的沖突信號(hào)，這段時(shí)間一般取夠檢測(cè)到可能最晚到來的沖突信號(hào)，這段時(shí)間一般取51.2us51.2us（對(duì)于（對(duì)于10Mb/s10Mb/s基帶），相當(dāng)于發(fā)送基帶），相當(dāng)于發(fā)送512512比特，因此，比特，因此，MACMAC幀的最短長(zhǎng)度為幀的最短長(zhǎng)度為512512比特，既比特，既6464字節(jié)，這樣得到數(shù)據(jù)字段的字

23、節(jié)，這樣得到數(shù)據(jù)字段的最小長(zhǎng)度為最小長(zhǎng)度為4646字節(jié)。此外，數(shù)據(jù)字段也不能太長(zhǎng)，目前規(guī)字節(jié)。此外，數(shù)據(jù)字段也不能太長(zhǎng)，目前規(guī)定的最大長(zhǎng)度為定的最大長(zhǎng)度為15001500字節(jié)。字節(jié)。MACMAC幀傳到物理層時(shí)還必須加上一個(gè)前同步碼，即幀傳到物理層時(shí)還必須加上一個(gè)前同步碼，即7 7個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)的的1010交替序列，供接收方進(jìn)行比特同步。同步碼后有交替序列，供接收方進(jìn)行比特同步。同步碼后有1 1個(gè)字個(gè)字節(jié)的起始界符，固定的位序列為節(jié)的起始界符，固定的位序列為1010101110101011，接收方一旦接收，接收方一旦接收到兩個(gè)連續(xù)的到兩個(gè)連續(xù)的“1”1”后，后面的數(shù)據(jù)可確定為后，后面的數(shù)據(jù)可確定為

24、MACMAC幀。因此幀。因此MACMAC幀效率為：幀效率為：6426422647244622dddddddd其中，其中，d d為數(shù)據(jù)段字節(jié)長(zhǎng)度。由于數(shù)據(jù)段有最小字節(jié)要求，為數(shù)據(jù)段字節(jié)長(zhǎng)度。由于數(shù)據(jù)段有最小字節(jié)要求，對(duì)于數(shù)據(jù)量小的數(shù)據(jù)通信，特別是只有若干字節(jié)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)量小的數(shù)據(jù)通信，特別是只有若干字節(jié)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)反饋或控制信號(hào)，反饋或控制信號(hào)，CSMACSMA的編碼效率很低。例如，若數(shù)據(jù)段的編碼效率很低。例如，若數(shù)據(jù)段為為4 4個(gè)字節(jié)，編碼效率為個(gè)字節(jié)，編碼效率為6.25%6.25%。對(duì)于數(shù)據(jù)量相對(duì)較大的數(shù)。對(duì)于數(shù)據(jù)量相對(duì)較大的數(shù)據(jù)通信，特別是文件傳輸，據(jù)通信，特別是文件傳輸，CSMACS

25、MA比較適合，編碼效率可以比較適合，編碼效率可以達(dá)到最大的達(dá)到最大的98.3%98.3%。 以以CSMA/CDCSMA/CD為接入?yún)f(xié)議的以太網(wǎng)不是為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，為接入?yún)f(xié)議的以太網(wǎng)不是為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，在網(wǎng)絡(luò)重載時(shí)的延時(shí)大，性能較差；同時(shí)作為控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)重載時(shí)的延時(shí)大，性能較差；同時(shí)作為控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編碼效率不高。編碼效率不高。針對(duì)以太網(wǎng)的缺陷，出現(xiàn)了很多針對(duì)以太網(wǎng)的缺陷，出現(xiàn)了很多CSMACSMA協(xié)議的改進(jìn)，便于工協(xié)議的改進(jìn)，便于工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。如業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。如 p-p-堅(jiān)持型堅(jiān)持型CSMACSMA協(xié)議、帶優(yōu)先級(jí)的協(xié)議、帶優(yōu)先級(jí)的CSMACSMA協(xié)議等。協(xié)議等。LonWork

26、sLonWorks控制網(wǎng)絡(luò)所用的介質(zhì)訪問控制協(xié)控制網(wǎng)絡(luò)所用的介質(zhì)訪問控制協(xié)議議LonTalkLonTalk就是在就是在p-p-堅(jiān)持型堅(jiān)持型CSMACSMA協(xié)議的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的協(xié)議的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的 。CANCAN總線和羅克韋爾總線和羅克韋爾DeviceNetDeviceNet總線介質(zhì)訪問控制協(xié)議采用總線介質(zhì)訪問控制協(xié)議采用的位仲裁協(xié)議本質(zhì)上是帶優(yōu)先級(jí)的的位仲裁協(xié)議本質(zhì)上是帶優(yōu)先級(jí)的CSMACSMA協(xié)議。協(xié)議。（3 3）位仲裁協(xié)議）位仲裁協(xié)議CANCAN總線以及總線以及Rockwell Rockwell 的的DeviceNetDeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)總線的MACMAC采用采用的是位仲裁

27、協(xié)議。的是位仲裁協(xié)議。CAN2.0CAN2.0數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)格式如圖。幀起始位數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)格式如圖。幀起始位標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀的開始；仲裁場(chǎng)由標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀的開始；仲裁場(chǎng)由11 11位的標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)位的標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位組成；控制場(chǎng)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；數(shù)據(jù)場(chǎng)為要發(fā)送的數(shù)求位組成；控制場(chǎng)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；數(shù)據(jù)場(chǎng)為要發(fā)送的數(shù)據(jù)，可包括據(jù)，可包括0 08 8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8 8位。一個(gè)完整的位。一個(gè)完整的CANCAN數(shù)據(jù)幀除去要發(fā)送的數(shù)據(jù)外，包括了數(shù)據(jù)幀除去要發(fā)送的數(shù)據(jù)外，包括了4747位。因此，位。因此，CANCAN總總線的編碼效率最大為線的編碼效率最大為58%58%。 位仲裁協(xié)議是一種非破壞

28、性仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總位仲裁協(xié)議是一種非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)退出發(fā)送，而最高優(yōu)線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)CRC場(chǎng)ACK場(chǎng)幀結(jié)束幀起始非破壞性位仲裁（非破壞性位仲裁（nondestructive bitwise arbitrationnondestructive bitwise arbitration）機(jī)制的）機(jī)制的原理是在發(fā)送的數(shù)據(jù)前增加了原理是在發(fā)送的數(shù)據(jù)前增加了11 11位標(biāo)識(shí)符，通過它們來確定數(shù)位標(biāo)識(shí)符，通過它們來確定數(shù)據(jù)

29、的優(yōu)先級(jí)，從而達(dá)到對(duì)總線的使用權(quán)的控制。據(jù)的優(yōu)先級(jí)，從而達(dá)到對(duì)總線的使用權(quán)的控制。非破壞性位仲裁采用非破壞性位仲裁采用NRZ( non-return-to-zeroNRZ( non-return-to-zero，不歸零，不歸零) )數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)編碼，具有顯性和隱性兩種狀態(tài)，顯性為邏輯信號(hào)編碼，具有顯性和隱性兩種狀態(tài)，顯性為邏輯0 0，隱性為，隱性為邏輯邏輯1 1，實(shí)行，實(shí)行“線與線與”操作。同時(shí)發(fā)送顯性位和隱性位時(shí)，總操作。同時(shí)發(fā)送顯性位和隱性位時(shí)，總線呈現(xiàn)為顯性狀態(tài)線呈現(xiàn)為顯性狀態(tài)0 0。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先進(jìn)入。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先進(jìn)入11 11 位標(biāo)識(shí)符即仲裁區(qū)。在此

30、期間，每一個(gè)發(fā)送器都監(jiān)視總線位標(biāo)識(shí)符即仲裁區(qū)。在此期間，每一個(gè)發(fā)送器都監(jiān)視總線上當(dāng)前的電平，并與它發(fā)送的位電平進(jìn)行比較，如果值相等，上當(dāng)前的電平，并與它發(fā)送的位電平進(jìn)行比較，如果值相等，這個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送一個(gè)隱性位這個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送一個(gè)隱性位(1)(1)，而在總線上檢，而在總線上檢測(cè)到一個(gè)顯性位測(cè)到一個(gè)顯性位(0)(0)，那么此節(jié)點(diǎn)失去仲裁權(quán)，立即停止下一，那么此節(jié)點(diǎn)失去仲裁權(quán)，立即停止下一位的發(fā)送。位的發(fā)送。11 11位仲裁區(qū)值最小的（即優(yōu)先級(jí)最高）將贏得總線位仲裁區(qū)值最小的（即優(yōu)先級(jí)最高）將贏得總線使用權(quán)，其數(shù)據(jù)不受影響完整地發(fā)送出去。位仲裁協(xié)議保證使用權(quán)，其數(shù)據(jù)不受影響完

31、整地發(fā)送出去。位仲裁協(xié)議保證每次只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠贏得仲裁，其它節(jié)點(diǎn)必須等到此次傳每次只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠贏得仲裁，其它節(jié)點(diǎn)必須等到此次傳輸結(jié)束后，總線空閑時(shí)再嘗試下一次的發(fā)送。通過這種方式輸結(jié)束后，總線空閑時(shí)再嘗試下一次的發(fā)送。通過這種方式達(dá)到了非破壞，逐位仲裁目的，提高實(shí)時(shí)性。達(dá)到了非破壞，逐位仲裁目的，提高實(shí)時(shí)性。2 2、網(wǎng)絡(luò)化控制的特殊問題、網(wǎng)絡(luò)化控制的特殊問題由于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)，帶來了一些特殊由于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)，帶來了一些特殊問題：?jiǎn)栴}：（1 1）網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延）網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，多用戶共享通訊線路且流量變化不規(guī)則。當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，多用戶共享通

32、訊線路且流量變化不規(guī)則。當(dāng)NCS NCS 的傳感器、控制器和執(zhí)行器通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)時(shí)必然會(huì)導(dǎo)的傳感器、控制器和執(zhí)行器通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延，降低系統(tǒng)的性能甚至引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)致網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延，降低系統(tǒng)的性能甚至引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延的存在使得系統(tǒng)的分析變得非常復(fù)雜。誘導(dǎo)時(shí)延的存在使得系統(tǒng)的分析變得非常復(fù)雜。NCSNCS中存在多中存在多種不同性質(zhì)的時(shí)延種不同性質(zhì)的時(shí)延( (常數(shù)、有界、隨機(jī)時(shí)變等常數(shù)、有界、隨機(jī)時(shí)變等) )。（2 2）網(wǎng)絡(luò)調(diào)度）網(wǎng)絡(luò)調(diào)度在在NCSNCS中，控制環(huán)的性能不僅依賴于控制算法，中，控制環(huán)的性能不僅依賴于控制算法， 而且也依賴于而且也依賴于對(duì)共享

33、的網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度。這里所說的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指網(wǎng)絡(luò)用戶層對(duì)共享的網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度。這里所說的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指網(wǎng)絡(luò)用戶層的調(diào)度，調(diào)度算法對(duì)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的快慢和被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)所具的調(diào)度，調(diào)度算法對(duì)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的快慢和被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)所具有的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行調(diào)度，同時(shí)還可以調(diào)度控制環(huán)的采樣周期和采有的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行調(diào)度，同時(shí)還可以調(diào)度控制環(huán)的采樣周期和采樣時(shí)刻，以盡量避免網(wǎng)絡(luò)中沖突現(xiàn)象的發(fā)生，從而最大限度地樣時(shí)刻，以盡量避免網(wǎng)絡(luò)中沖突現(xiàn)象的發(fā)生，從而最大限度地減少數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延。減少數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延。（3 3）單包傳輸和多包傳輸）單包傳輸和多包傳輸單包傳輸是指單包傳輸是指NCSNCS中的傳感器、控制器的一個(gè)待發(fā)送數(shù)據(jù)被中的傳感器、控

34、制器的一個(gè)待發(fā)送數(shù)據(jù)被捆在一個(gè)數(shù)據(jù)包中一起發(fā)送。而多包傳輸是指捆在一個(gè)數(shù)據(jù)包中一起發(fā)送。而多包傳輸是指NCSNCS中的傳感中的傳感器、控制器的一個(gè)待發(fā)送的數(shù)據(jù)被分成多個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸。器、控制器的一個(gè)待發(fā)送的數(shù)據(jù)被分成多個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸。在包交換網(wǎng)絡(luò)在包交換網(wǎng)絡(luò)(packet - switched network) (packet - switched network) 中一般要進(jìn)行多中一般要進(jìn)行多包傳輸，一方面原因是單包字節(jié)大小的限制，一個(gè)數(shù)據(jù)包只包傳輸，一方面原因是單包字節(jié)大小的限制，一個(gè)數(shù)據(jù)包只能裝載有限的信息；另一方面原因是能裝載有限的信息；另一方面原因是NCS NCS 的傳感器和執(zhí)行

35、的傳感器和執(zhí)行器常常分布在一個(gè)很大的物理空間，要將這些數(shù)據(jù)放在一個(gè)器常常分布在一個(gè)很大的物理空間，要將這些數(shù)據(jù)放在一個(gè)數(shù)據(jù)包中往往是不可能的。傳統(tǒng)的采樣控制系統(tǒng)都是假設(shè)被數(shù)據(jù)包中往往是不可能的。傳統(tǒng)的采樣控制系統(tǒng)都是假設(shè)被控對(duì)象的輸出和控制輸入是同時(shí)傳遞的，而這在具有多包傳控對(duì)象的輸出和控制輸入是同時(shí)傳遞的，而這在具有多包傳輸?shù)妮數(shù)腘CS NCS 中不再成立。因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)要分成多個(gè)數(shù)據(jù)包多中不再成立。因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)要分成多個(gè)數(shù)據(jù)包多次傳輸，這些數(shù)據(jù)包不可能同時(shí)傳遞，也不可能同時(shí)到達(dá)。次傳輸，這些數(shù)據(jù)包不可能同時(shí)傳遞，也不可能同時(shí)到達(dá)。（4 4） 數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在網(wǎng)

36、絡(luò)環(huán)境下， 被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流經(jīng)眾多計(jì)算機(jī)和通訊被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流經(jīng)眾多計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備且路徑不唯一，設(shè)備且路徑不唯一， 這必然會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂。這必然會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂。（5 5） 數(shù)據(jù)包丟失數(shù)據(jù)包丟失在網(wǎng)絡(luò)中由于不可避免地存在網(wǎng)絡(luò)阻塞和連接中斷，在網(wǎng)絡(luò)中由于不可避免地存在網(wǎng)絡(luò)阻塞和連接中斷，這又必然會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失。雖然大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都具這又必然會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失。雖然大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都具有重新傳輸?shù)臋C(jī)制，但它們也只能在一個(gè)有限的時(shí)間有重新傳輸?shù)臋C(jī)制，但它們也只能在一個(gè)有限的時(shí)間內(nèi)傳輸，當(dāng)超出這個(gè)時(shí)間后，數(shù)據(jù)也就會(huì)丟失。因此內(nèi)傳輸，當(dāng)超出這個(gè)時(shí)間后，數(shù)據(jù)也就會(huì)丟失。因此在在NCS NCS 的設(shè)計(jì)

37、中，對(duì)數(shù)據(jù)包的丟失問題必須尋找相應(yīng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)數(shù)據(jù)包的丟失問題必須尋找相應(yīng)的解決方法。的解決方法。（6 6）節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)方式）節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)方式NCS NCS 的節(jié)點(diǎn)有兩種驅(qū)動(dòng)方式，即時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)。的節(jié)點(diǎn)有兩種驅(qū)動(dòng)方式，即時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)。NCS NCS 的傳感器一般采用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，傳感器的時(shí)鐘即為系統(tǒng)的時(shí)鐘，的傳感器一般采用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，傳感器的時(shí)鐘即為系統(tǒng)的時(shí)鐘，而控制器和執(zhí)行器既可以是時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，也可以是事件驅(qū)動(dòng)。事而控制器和執(zhí)行器既可以是時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，也可以是事件驅(qū)動(dòng)。事件驅(qū)動(dòng)相比于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：件驅(qū)動(dòng)相比于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 1) 控制器為事件驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)控制器

38、立即參控制器為事件驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)控制器立即參加運(yùn)算，避免了控制器為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)等待被采樣的時(shí)間，加運(yùn)算，避免了控制器為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)等待被采樣的時(shí)間，客觀上減少了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延；客觀上減少了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延；2) 2) 控制器為事件驅(qū)動(dòng)時(shí)，避免了控制器為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)的控制控制器為事件驅(qū)動(dòng)時(shí)，避免了控制器為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)的控制器和傳感器時(shí)鐘同步的困難；器和傳感器時(shí)鐘同步的困難；（7 7）多時(shí)鐘同步）多時(shí)鐘同步在在NCSNCS中，當(dāng)控制器和作動(dòng)器有一個(gè)為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)，便存在一中，當(dāng)控制器和作動(dòng)器有一個(gè)為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)，便存在一個(gè)時(shí)鐘同步問題。時(shí)鐘同步又可分為硬件同步和軟件同步。在個(gè)時(shí)鐘同步問題。

39、時(shí)鐘同步又可分為硬件同步和軟件同步。在NCSNCS中，由于系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)有可能分布在一個(gè)較大的物理空間，中，由于系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)有可能分布在一個(gè)較大的物理空間，用硬件同步一般比較困難，多采用軟件同步的方式，一般是通用硬件同步一般比較困難，多采用軟件同步的方式，一般是通過在網(wǎng)絡(luò)上定時(shí)廣播同步時(shí)鐘的方式實(shí)現(xiàn)。過在網(wǎng)絡(luò)上定時(shí)廣播同步時(shí)鐘的方式實(shí)現(xiàn)。3 3、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時(shí)延，主要來自于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的時(shí)延，主要來自于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)間和控制器的運(yùn)算時(shí)間。傳輸時(shí)間和控制器的運(yùn)算時(shí)間。執(zhí)行器控制對(duì)象傳感器控制器cacsc通信網(wǎng)絡(luò)（1 1）傳感器到控制器的時(shí)延）

40、傳感器到控制器的時(shí)延當(dāng)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生該時(shí)當(dāng)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生該時(shí)延。延。式中式中 、 分別為傳感器開始采樣的時(shí)刻和控制器開始運(yùn)算分別為傳感器開始采樣的時(shí)刻和控制器開始運(yùn)算的時(shí)刻。的時(shí)刻。（2 2）控制器到執(zhí)行器的時(shí)延）控制器到執(zhí)行器的時(shí)延該時(shí)延由控制器發(fā)送控制信號(hào)給執(zhí)行器的過程產(chǎn)生。該時(shí)延由控制器發(fā)送控制信號(hào)給執(zhí)行器的過程產(chǎn)生。式中式中 、 分別為執(zhí)行器接收到控制信號(hào)開始動(dòng)作的時(shí)刻和分別為執(zhí)行器接收到控制信號(hào)開始動(dòng)作的時(shí)刻和控制器運(yùn)算完成得到控制信號(hào)的時(shí)刻?？刂破鬟\(yùn)算完成得到控制信號(hào)的時(shí)刻。scksskcsksckttcsktsskt

41、cakcfkaskcakttasktcfkt（3 3）控制器執(zhí)行運(yùn)算產(chǎn)生的時(shí)延）控制器執(zhí)行運(yùn)算產(chǎn)生的時(shí)延控制器開始計(jì)算到計(jì)算完成得到控制信號(hào)這段時(shí)間?？刂破鏖_始計(jì)算到計(jì)算完成得到控制信號(hào)這段時(shí)間。式中式中 為控制器開始計(jì)算的時(shí)刻。為控制器開始計(jì)算的時(shí)刻。傳感器到控制器的時(shí)延和控制器到執(zhí)行器的時(shí)延都是由數(shù)據(jù)傳感器到控制器的時(shí)延和控制器到執(zhí)行器的時(shí)延都是由數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸造成的，具有相似的特點(diǎn)。通常這兩種時(shí)延都在網(wǎng)絡(luò)上傳輸造成的，具有相似的特點(diǎn)。通常這兩種時(shí)延都是時(shí)變的，但在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議下又會(huì)有不同的特性。是時(shí)變的，但在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議下又會(huì)有不同的特性。確定性網(wǎng)絡(luò)訪問方式，其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延

42、變化通常具有周期性和確確定性網(wǎng)絡(luò)訪問方式，其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延變化通常具有周期性和確定性。非確定性網(wǎng)絡(luò)訪問方式，其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延變化都是隨機(jī)的，定性。非確定性網(wǎng)絡(luò)訪問方式，其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延變化都是隨機(jī)的，有些非確定性網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延是確定的，而以太網(wǎng)上的時(shí)延有些非確定性網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延是確定的，而以太網(wǎng)上的時(shí)延變化是隨機(jī)的。變化是隨機(jī)的。 通常也是時(shí)變的，但與通常也是時(shí)變的，但與 和和 相比，它的數(shù)值和變化都相比，它的數(shù)值和變化都很小。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通過選擇合適的硬件和進(jìn)行很小。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通過選擇合適的硬件和進(jìn)行高效率的軟件編碼，可以使計(jì)算時(shí)延產(chǎn)生的影響減少到很小。高效率的軟件編碼，可以使計(jì)算時(shí)延產(chǎn)

43、生的影響減少到很小。因而在分析設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)，可以把因而在分析設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)，可以把 包括在包括在 內(nèi)一起內(nèi)一起考慮。一般將上述三類時(shí)延的總和稱為控制時(shí)延考慮。一般將上述三類時(shí)延的總和稱為控制時(shí)延 。ckcskcfkckttcsktcksckcakkckcakcak4 4、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)鐘同步、網(wǎng)絡(luò)化控制的時(shí)鐘同步各節(jié)點(diǎn)相互之間沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本特征各節(jié)點(diǎn)相互之間沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本特征之一。由于各節(jié)點(diǎn)擁有自己的時(shí)鐘，系統(tǒng)的采樣周期和控制之一。由于各節(jié)點(diǎn)擁有自己的時(shí)鐘，系統(tǒng)的采樣周期和控制周期會(huì)發(fā)生偏差而不同步。這給控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶來了周期會(huì)發(fā)生偏差而

44、不同步。這給控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶來了挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)系統(tǒng)是多個(gè)節(jié)點(diǎn)的多輸入多輸出系統(tǒng)時(shí)。如挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)系統(tǒng)是多個(gè)節(jié)點(diǎn)的多輸入多輸出系統(tǒng)時(shí)。如果不考慮各節(jié)點(diǎn)之間時(shí)鐘異步特征，不能做到精確的時(shí)鐘同果不考慮各節(jié)點(diǎn)之間時(shí)鐘異步特征，不能做到精確的時(shí)鐘同步，系統(tǒng)的控制性能會(huì)降低，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。步，系統(tǒng)的控制性能會(huì)降低，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 一般而言，為了提高實(shí)時(shí)性，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議比較一般而言，為了提高實(shí)時(shí)性，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量不大，因而為實(shí)現(xiàn)多時(shí)鐘同步提供了多種可能。簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量不大，因而為實(shí)現(xiàn)多時(shí)鐘同步提供了多種可能。從手段上來劃分，時(shí)鐘同步有硬件和軟件的方法。硬

45、件時(shí)鐘從手段上來劃分，時(shí)鐘同步有硬件和軟件的方法。硬件時(shí)鐘同步是網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)采用統(tǒng)一的全局時(shí)鐘，帶來的問題同步是網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)采用統(tǒng)一的全局時(shí)鐘，帶來的問題是硬件資源的開銷，不適用于多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)控制系是硬件資源的開銷，不適用于多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。軟件時(shí)鐘同步一般是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的通信收發(fā)時(shí)統(tǒng)。軟件時(shí)鐘同步一般是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的通信收發(fā)時(shí)間差的計(jì)算，估算出節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘誤差，達(dá)到時(shí)鐘同步的目間差的計(jì)算，估算出節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘誤差，達(dá)到時(shí)鐘同步的目的。這里僅介紹軟件時(shí)鐘同步方法。的。這里僅介紹軟件時(shí)鐘同步方法。 （1 1）起始時(shí)鐘誤差的多時(shí)鐘同步）起始時(shí)鐘誤差的多時(shí)鐘同步

46、由于各節(jié)點(diǎn)之間的起始時(shí)鐘不一致而導(dǎo)致的時(shí)鐘不同由于各節(jié)點(diǎn)之間的起始時(shí)鐘不一致而導(dǎo)致的時(shí)鐘不同步。這里假定各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘本身記時(shí)是準(zhǔn)確的，僅僅步。這里假定各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘本身記時(shí)是準(zhǔn)確的，僅僅因起始點(diǎn)不同而產(chǎn)生了誤差。因起始點(diǎn)不同而產(chǎn)生了誤差。 設(shè)在設(shè)在i i時(shí)刻絕對(duì)時(shí)間為時(shí)刻絕對(duì)時(shí)間為 ，節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)a a的記時(shí)時(shí)間為的記時(shí)時(shí)間為 ，節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)b b的記時(shí)時(shí)間為的記時(shí)時(shí)間為 ，則：，則： ，節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)a a對(duì)節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)b b的偏差為：的偏差為： aititaiaittbitbibittbabiaitt標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí) 間時(shí)鐘值標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí) 鐘節(jié) 點(diǎn) a時(shí) 鐘節(jié) 點(diǎn) b時(shí) 鐘ab假設(shè)節(jié)點(diǎn)假設(shè)節(jié)點(diǎn)a a在在u u時(shí)

47、刻向節(jié)點(diǎn)時(shí)刻向節(jié)點(diǎn)b b發(fā)送數(shù)據(jù)并記錄此刻的時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)并記錄此刻的時(shí)間 ；在在v v時(shí)刻節(jié)點(diǎn)時(shí)刻節(jié)點(diǎn)b b收到數(shù)據(jù)，立即向節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)，立即向節(jié)點(diǎn)a a發(fā)送此刻的時(shí)間發(fā)送此刻的時(shí)間 ；在在ww時(shí)刻節(jié)點(diǎn)時(shí)刻節(jié)點(diǎn)a a收到數(shù)據(jù)并記錄時(shí)間收到數(shù)據(jù)并記錄時(shí)間 。同時(shí)假定從。同時(shí)假定從a a到到b b的的通信時(shí)間和通信時(shí)間和b b到到a a的通信時(shí)間的期望值相同。即：的通信時(shí)間的期望值相同。即：則：則： 其中算子其中算子E E表示數(shù)學(xué)期望值。這樣就可以估算出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)表示數(shù)學(xué)期望值。這樣就可以估算出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的由于起始點(diǎn)不同而造成的時(shí)鐘偏差，從而達(dá)到各之間的由于起始點(diǎn)不同而造成的時(shí)鐘偏差，從而達(dá)到各節(jié)

48、點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步。節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步。 autbvtawtaubvauavabttttTbvawavawbattttT)()(baabTETE)22(awaubvtttE（2 2）時(shí)鐘漂移的多時(shí)鐘同步）時(shí)鐘漂移的多時(shí)鐘同步前面的時(shí)鐘同步算法前提是各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘發(fā)生器沒有漂移，振蕩前面的時(shí)鐘同步算法前提是各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘發(fā)生器沒有漂移，振蕩頻率恒定。但實(shí)際的計(jì)算機(jī)時(shí)鐘晶振一般都存在漂移。定義節(jié)點(diǎn)頻率恒定。但實(shí)際的計(jì)算機(jī)時(shí)鐘晶振一般都存在漂移。定義節(jié)點(diǎn)a a的時(shí)鐘漂移率為的時(shí)鐘漂移率為 ：其中，其中， 為節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)a a的時(shí)鐘在的時(shí)鐘在 （即（即 到到 時(shí)間增量）時(shí)間內(nèi)的時(shí)間增量。時(shí)間增量）時(shí)間內(nèi)的時(shí)間

49、增量。普通晶振的時(shí)鐘漂移率為普通晶振的時(shí)鐘漂移率為 。1 1小時(shí)的時(shí)鐘誤差為小時(shí)的時(shí)鐘誤差為 。高精度晶振的時(shí)鐘漂移率為高精度晶振的時(shí)鐘漂移率為 。在實(shí)際控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，。在實(shí)際控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須考慮這種誤差到來的影響。如果這種影響是不可忽略的，前必須考慮這種誤差到來的影響。如果這種影響是不可忽略的，前述的時(shí)鐘同步算法則不再適用。假定節(jié)點(diǎn)述的時(shí)鐘同步算法則不再適用。假定節(jié)點(diǎn)a a和節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)b b時(shí)間起始點(diǎn)相時(shí)間起始點(diǎn)相同，時(shí)鐘漂移率不同。同，時(shí)鐘漂移率不同。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間時(shí)鐘值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)b時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)a時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)a時(shí)間時(shí)鐘值節(jié)點(diǎn)a時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)b時(shí)鐘iiaijijaiajttttttttt)()(at

50、ititjt651010msms366 . 3981010設(shè)在設(shè)在i i時(shí)刻絕對(duì)時(shí)間為時(shí)刻絕對(duì)時(shí)間為 ；節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)a a的記時(shí)時(shí)間為的記時(shí)時(shí)間為 ，時(shí)間漂移率，時(shí)間漂移率為為 ；節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)b b的記時(shí)時(shí)間為的記時(shí)時(shí)間為 ，時(shí)間漂移率為，時(shí)間漂移率為 ，則：，則：將坐標(biāo)平移，不失一般性可以得到以節(jié)點(diǎn)將坐標(biāo)平移，不失一般性可以得到以節(jié)點(diǎn)a a時(shí)鐘為基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘為基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)b b的時(shí)鐘表達(dá)式為：的時(shí)鐘表達(dá)式為： ，其中，其中這樣，只須辨識(shí)參數(shù)這樣，只須辨識(shí)參數(shù) 就可以實(shí)現(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)a a、b b節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘同步。參節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘同步。參數(shù)的辨識(shí)可以通過一系列通信實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到。假設(shè)節(jié)點(diǎn)數(shù)的辨識(shí)可以通過

51、一系列通信實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到。假設(shè)節(jié)點(diǎn)a a在在u u時(shí)刻時(shí)刻 向向b b發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信的延時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信的延時(shí)，節(jié)點(diǎn)b b在在v v時(shí)時(shí)刻刻 接受到數(shù)據(jù)并立即向節(jié)點(diǎn)接受到數(shù)據(jù)并立即向節(jié)點(diǎn)a a發(fā)送確認(rèn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送確認(rèn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信的延時(shí)，節(jié)點(diǎn)通信的延時(shí)，節(jié)點(diǎn)a a在在ww時(shí)刻時(shí)刻 收到確認(rèn)數(shù)據(jù)。這里，上收到確認(rèn)數(shù)據(jù)。這里，上標(biāo)標(biāo)a a和和b b表示分別以表示分別以a a和和b b節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘記時(shí)，節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘記時(shí)，k k表示第表示第k k次實(shí)驗(yàn)。次實(shí)驗(yàn)。itaitabitbiaaitt)1 (ibbitt)1 (aibittab11nkaukt1)(nkbvkt1)(

52、nkawkt1)(假定節(jié)點(diǎn)假定節(jié)點(diǎn)a a和和b b之間通信時(shí)間的期望值是一定的，可以之間通信時(shí)間的期望值是一定的，可以得到以節(jié)點(diǎn)得到以節(jié)點(diǎn)a a的時(shí)鐘為基準(zhǔn)的的時(shí)鐘為基準(zhǔn)的a a和和b b之間通信時(shí)間之間通信時(shí)間 的估的估計(jì)值：計(jì)值：而而 ，則有：則有： 利用最小二乘法可以得到的估計(jì)值為：利用最小二乘法可以得到的估計(jì)值為：nkauawktktn1)()(21)()(ktktauav) )()(ktktaubvnkaunkbvauktktkt121) )()() )(（3 3）一般情況下的多時(shí)鐘同步）一般情況下的多時(shí)鐘同步在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，存在上述兩種情況的綜合，既在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，

53、存在上述兩種情況的綜合，既有節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間起始點(diǎn)的誤差，也存在節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘有節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間起始點(diǎn)的誤差，也存在節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘漂移率的不同。假定節(jié)點(diǎn)漂移率的不同。假定節(jié)點(diǎn)a a和節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)b b的時(shí)間起始點(diǎn)不同，時(shí)的時(shí)間起始點(diǎn)不同，時(shí)鐘漂移率不同。鐘漂移率不同。 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間時(shí)鐘值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)b時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)a時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)a時(shí)間時(shí)鐘值節(jié)點(diǎn)a時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)b時(shí)鐘i i時(shí)刻有：時(shí)刻有：以節(jié)點(diǎn)以節(jié)點(diǎn)a a的時(shí)鐘為基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘為基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)b b的時(shí)鐘表達(dá)式為：的時(shí)鐘表達(dá)式為： 其中：其中： ，參數(shù)的辨識(shí)的方法和前面的方法相同?？梢缘玫綌?shù)據(jù)參數(shù)的辨識(shí)的方法和前面的方法相同?？梢缘玫綌?shù)據(jù)列列 、 、 ，含義與前面所述相同

54、。同樣，含義與前面所述相同。同樣首先可以得到以節(jié)點(diǎn)首先可以得到以節(jié)點(diǎn)a a的時(shí)鐘為基準(zhǔn)的的時(shí)鐘為基準(zhǔn)的a a和和b b之間通信時(shí)之間通信時(shí)間的估計(jì)值：間的估計(jì)值：則有：則有： aiaaitt)1 (bibbitt)1 (aibittabbb11ab11nkaukt1)(nkbvkt1)(nkawkt1)(nkauawktktn1)()(21) )()(ktktaubv記記 即：即： 利用最小二乘法得到估計(jì)值：利用最小二乘法得到估計(jì)值：這樣在節(jié)點(diǎn)這樣在節(jié)點(diǎn)a a的時(shí)間值和節(jié)點(diǎn)的時(shí)間值和節(jié)點(diǎn)b b的時(shí)間值可以相互轉(zhuǎn)換，的時(shí)間值可以相互轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘同步的目的。從而達(dá)到節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘同步的

55、目的。 TbvbvbvntttB)()2() 1 (1)(1)2(1) 1 (ntttAauauauBABAAATT1)(5、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的融合，因而對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的融合，因而對(duì)它的分析設(shè)計(jì)也常常從控制和網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)角度進(jìn)行：它的分析設(shè)計(jì)也常常從控制和網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)角度進(jìn)行：從網(wǎng)絡(luò)的角度設(shè)計(jì)一種通信協(xié)議，來減小網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的角度設(shè)計(jì)一種通信協(xié)議，來減小網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟失等這些問題對(duì)控制系統(tǒng)的影響；丟失等這些問題對(duì)控制系統(tǒng)的影響；從控制的角度，就是把現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議等當(dāng)作既定從控制的角度，就是把現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議等當(dāng)作既定條件

56、，在此基礎(chǔ)上得到網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行條件，在此基礎(chǔ)上得到網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，補(bǔ)償或減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟失等問題對(duì)控分析和設(shè)計(jì)，補(bǔ)償或減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟失等問題對(duì)控制系統(tǒng)的不良影響，得到滿意的控制效果。制系統(tǒng)的不良影響，得到滿意的控制效果。執(zhí)行器控制對(duì)象傳感器控制器cacsc通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)的工作方式可以分為時(shí)間網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)的工作方式可以分為時(shí)間驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)( Time-Driven)( Time-Driven)和事件驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)(Event-Driven)(Event-Driven)兩種。兩種。所謂時(shí)間驅(qū)動(dòng)的工作方式，是指節(jié)點(diǎn)在采樣時(shí)鐘所謂時(shí)

57、間驅(qū)動(dòng)的工作方式，是指節(jié)點(diǎn)在采樣時(shí)鐘的作用下定時(shí)采樣信號(hào)，然后進(jìn)行發(fā)送。的作用下定時(shí)采樣信號(hào)，然后進(jìn)行發(fā)送。而事件驅(qū)動(dòng)是指信號(hào)一到達(dá)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)立即被激而事件驅(qū)動(dòng)是指信號(hào)一到達(dá)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)立即被激活，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和發(fā)送，即活，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和發(fā)送，即“信號(hào)到達(dá)信號(hào)到達(dá)”這這個(gè)事件個(gè)事件“驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)”節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，因此叫事節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，因此叫事件驅(qū)動(dòng)的工作方式。件驅(qū)動(dòng)的工作方式。設(shè)設(shè)NCS NCS 中被控對(duì)象的連續(xù)狀態(tài)方程為：中被控對(duì)象的連續(xù)狀態(tài)方程為：根據(jù)節(jié)點(diǎn)不同的工作方式，根據(jù)節(jié)點(diǎn)不同的工作方式， 可以得到不同的系統(tǒng)可以得到不同的系統(tǒng)離散時(shí)間模型。離散時(shí)間模型。)()()()()(t

58、CxtytButAxtx為了對(duì)為了對(duì)NCSNCS進(jìn)行建模，首先對(duì)系統(tǒng)作如下假設(shè)（每次取進(jìn)行建模，首先對(duì)系統(tǒng)作如下假設(shè)（每次取其中的幾條假設(shè)來建模）：其中的幾條假設(shè)來建模）：（1 1）傳感器節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)被控對(duì)象的輸出）傳感器節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)被控對(duì)象的輸出進(jìn)行等周期采樣，采樣周期為進(jìn)行等周期采樣，采樣周期為h h ；（2 2）控制器節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式；）控制器節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式；（3 3）控制器節(jié)點(diǎn)采用事件驅(qū)動(dòng)方式，）控制器節(jié)點(diǎn)采用事件驅(qū)動(dòng)方式， 即信息的到達(dá)時(shí)即信息的到達(dá)時(shí)間即為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間；間即為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間；（4 4）執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式；）執(zhí)行器節(jié)

59、點(diǎn)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式；（5 5）執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)采用事件驅(qū)動(dòng)方式；）執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)采用事件驅(qū)動(dòng)方式；（6 6）整個(gè)控制回路總的時(shí)間延遲）整個(gè)控制回路總的時(shí)間延遲( )( )滿足滿足 ，且，且k k為固定的或隨機(jī)的；為固定的或隨機(jī)的；（7 7）整個(gè)控制回路總的時(shí)間延遲）整個(gè)控制回路總的時(shí)間延遲 ， m 1m 1，且且k k 為固定或隨機(jī)的。為固定或隨機(jī)的。cakcksckkhk0mhk0基于假設(shè)基于假設(shè)(1)(1)、(3)(3)、(4)(4)、(6)(6)的的NCSNCS的各節(jié)點(diǎn)時(shí)序如下圖的各節(jié)點(diǎn)時(shí)序如下圖所示。所示。由此假設(shè)可得其離散時(shí)間模型為：由此假設(shè)可得其離散時(shí)間模型為：其中其中 ，) 1()() 1

60、(kukxkxAhehAtdtBe0傳感器輸出控制器輸入執(zhí)行器輸出(k-1)hkh(k+1)h(k+2)h(k+3)hscca基于假設(shè)基于假設(shè)(1) (1) 、(3) (3) 、(5)(5)、 (6)(6) 的的NCS NCS 的各節(jié)點(diǎn)時(shí)序如下圖的各節(jié)點(diǎn)時(shí)序如下圖所示。所示。傳感器輸出控制器輸入執(zhí)行器輸出(k-1)hkh(k+1)h(k+2)h(k+3)hscca由此假設(shè)可得其離散時(shí)間模型為：由此假設(shè)可得其離散時(shí)間模型為：其中其中 ， ， 對(duì)于上述離散時(shí)間模型：對(duì)于上述離散時(shí)間模型： 當(dāng)當(dāng) 為固定值時(shí)，即網(wǎng)絡(luò)時(shí)延為固定值時(shí)，即網(wǎng)絡(luò)時(shí)延固定時(shí)，固定時(shí)， 狀態(tài)反饋矩陣狀態(tài)反饋矩陣 可以通過設(shè)計(jì)合適