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第1章 绪论1

1.1 网络控制系统基本概念1

1.1.1 常规控制系统与网络控制系统结构1

1.1.2 网络控制系统定义与特点3

1.2 网络控制系统的产生和发展5

1.3 网络控制系统中的基本问题6

1.4 网络控制系统的研究内容7

1.4.1 对网络的控制7

1.4.2 通过网络的控制8

1.4.3 综合控制9

第2章 网络与数据通信技术10

2.1 计算机网络基础10

2.1.1 计算机网络的形成与发展10

2.1.2 计算机网络的概念12

2.1.3 计算机网络的拓扑结构15

2.2 数据通信技术17

2.2.1 数据通信的基本概念17

2.2.2 数据传输19

2.2.3 信息交换技术26

2.2.4 差错检测与控制28

2.3 网络体系结构与协议30

2.3.1 网络体系结构的基本概念30

2.3.2 OSI参考模型32

2.3.3 TCP/IP协议集38

2.4 局域网技术39

2.4.1 局域网概述39

2.4.2 局域网访问控制方法40

2.4.3 高速局域网技术43

2.4.4 网络互连技术44

第3章 实时控制网络48

3.1 控制网络的基本概念48

3.1.1 工业对象对网络的基本要求48

3.1.2 控制网络的种类、功能和特点50

3.1.3 网络协议与层次结构52

3.1.4 控制网络的体系结构52

3.2 介质层与控制网络53

3.2.1 双绞线和其他有线介质53

3.2.2 无线介质56

3.2.3 光纤介质57

3.3 物理层与控制网络61

3.3.1 EIA RS-232物理层协议61

3.3.2 EIA RS-422/RS-485物理层协议63

3.3.3 ISO 11898物理层协议66

3.3.4 IEEE 802.3物理层协议68

3.3.5 IEEE 802.11物理层协议69

3.4 数据链路层与控制网络71

3.4.1 IEEE 802.3 MAC子层协议71

3.4.2 IEEE 802.4/802.5 MAC子层协议73

3.4.3 ISO 11898 MAC子层协议77

3.4.4 CC-Link MAC子层协议79

3.4.5 IEEE 802.11 MAC子层协议82

3.5 应用层与控制网络83

3.5.1 应用层基本控制模式83

3.5.2 CAN总线应用层有界网络解决方案88

3.6 常用网络协议的协议栈89

3.6.1 DeviceNet协议栈89

3.6.2 ControlNet协议栈90

3.6.3 CC-Link协议栈91

3.6.4 工业以太网协议栈92

第4章 网络与控制性能分析93

4.1 控制网络的动态服务性能93

4.1.1 网络控制系统中信息传递的时序过程与时延构成93

4.1.2 控制网络动态服务性能的解析分析95

4.1.3 控制网络动态服务性能的仿真分析98

4.2 网络控制系统采样周期的选择99

4.2.1 采样周期和控制性能关系的定性分析100

4.2.2 网络控制系统中采样周期的选取范围101

4.3 网络控制系统的稳定性分析102

4.3.1 网络传输时延对系统稳定性的影响102

4.3.2 数据包丢失对系统稳定性的影响105

4.3.3 同时具有时延和数据包丢失的网络控制系统的稳定性106

第5章 网络控制系统调度方法109

5.1 网络控制系统中的调度问题109

5.1.1 网络控制系统的调度109

5.1.2 网络调度问题中几个基本概念110

5.1.3 网络调度的几种基本方法111

5.2 实时系统及其任务调度113

5.2.1 实时系统概述113

5.2.2 实时调度与网络调度115

5.3 静态RM调度算法116

5.3.1 实时系统的RM调度算法116

5.3.2 网络控制系统的RM调度算法118

5.4 动态EDF调度算法119

5.4.1 实时系统的EDF调度算法119

5.4.2 网络控制系统EDF调度算法120

5.5 网络控制系统调度与控制的协同设计123

5.5.1 具有网络时延的NCS模型124

5.5.2 NCS采样周期的优化125

5.5.3 仿真实例127

5.6 TRUETIME仿真工具箱128

5.6.1 实时内核模块TrueTime Kernel129

5.6.2 网络模块TrueTime Network129

5.6.3 网络控制系统仿真130

第6章 网络控制系统常规控制器的设计137

6.1 网络服务质量对常规控制系统的影响137

6.2 常规PID控制器及其参数修正方法139

6.3 网络控制系统模糊自适应PI控制器142

6.3.1 模糊自适应PI网络控制器结构142

6.3.2 局部模糊自适应PI控制器143

6.3.3 全局模糊自适应PI控制器145

6.4 网络控制系统Smith预估控制148

6.4.1 Smith预估控制器的原理148

6.4.2 网络控制系统基本Smith预估控制150

6.4.3 基本Smith预估控制——改进1152

6.4.4 基本Smith预估控制——改进2153

6.5 基于单神经元PID的NCS Smith预估控制155

6.5.1 单神经元模型155

6.5.2 几种典型的学习规则157

6.5.3 单神经元的PID控制157

6.5.4 自适应PSD160

6.5.5 单神经元PID-Smith预估控制160

第7章 网络控制系统先进控制规律的设计163

7.1 极点配置设计方法163

7.1.1 概述163

7.1.2 网络控制系统的模型分析163

7.1.3 网络控制系统控制器的设计166

7.2 最优控制设计方法173

7.2.1 概述173

7.2.2 网络控制系统随机最优状态反馈控制规律173

7.2.3 网络控制系统随机最优状态估计175

7.2.4 网络控制系统随机最优控制器177

7.3 鲁棒控制设计方法179

7.3.1 概述179

7.3.2 模型描述与基本假设179

7.3.3 随机稳定与控制器设计182

7.3.4 H∞扰动衰减分析187

7.4 预测控制设计方法192

7.4.1 概述192

7.4.2 模型描述与基本假设192

7.4.3 GPC控制算法简介193

7.4.4 控制方案197

第8章 网络控制实验系统201

8.1 实验系统总体结构201

8.2 实验系统硬件组成202

8.2.1 嵌入式网络接口模块设计202

8.2.2 数据采集模块设计206

8.2.3 输出控制模块设计207

8.3 实验系统软件211

8.3.1 TCP/IP协议分析211

8.3.2 下位机软件系统216

8.3.3 上位机监控软件系统229

8.4 实验分析232

8.4.1 不同连接方式的实验232

8.4.2 不同网络协议的实验233

8.4.3 不同采样频率的实验233

参考文献235