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如今,在各大工程项目中网络控制系统得到了广泛的运用。特别在一些大型的机械工程中,如在郑西客运专线陕西华阴段TL900吨轮胎式提梁机上,由于其优点,采用网络控制系统作为控制主体,并最终取得了良好的效果。在网络控制系统中,反馈控制回路中存在着通信网络环节,控制器、传感器和执行器等设备间通过网络进行信息交换。由于源自多个设备的信息流量变化不规则,网络延时不可避免,而网络延时会降低系统的性能,使系统的稳定范围变窄,甚至致使系统不稳定。因此网络延时的研究对建立稳定的网络控制系统有重大的意义。
本文以作者亲自参与设计并实地调试过的实际工程项目-郑西客运专线陕西华阴段。TL900吨轮胎式提梁机网络控制系统作为问题的提出点以及建模和仿真的研究对象。分析了提梁机上使用的CAN现场总线的协议、结构及其实时性。在对CAN进行了解和分析的基础上,针对提梁机实际的工况,对提梁机网络控制系统进行设计,并列出了在现场调试过程中所遇到的有关问题,这些问题经思考后发现与网络延时的设置有关。为了研究网络延时,对提梁机的提升模块进行数学建模并分析了其稳定性。同时,对提梁机中运用的PID控制算法连同网络延时一起进行建模,分析了网络延时对PID控制算法的影响。在详细论述网络延时产生的原因的基础上得到了影响网络延时大小的各种网络参数。然后介绍了一种名为TrueTime的网络控制系统仿真工具箱,并用其对提梁机网络控制系统进行综合的建模并仿真。在仿真中,以各种影响网络延时大小的网络参数作为调节量,观察它们对于系统稳定性的影响,最后得到了为了维持整个系统的稳定性,各影响网络延时大小的网络参数的设置情况。论文的最后部分就将来在网络延时方向上进一步工作的方向进行了简要的讨论。