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随着控制技术、计算机技术、网络技术和集成电路技术的发展,网络化控制系统(Networked Control Systems,简称NCS)成为控制领域的一个重要研究方向。网络化控制系统在控制回路中引入了通信网络,使得其在灵活性与可靠性、远程互操作性、成本、安装与维护、故障诊断等方面具有较大的优势。同时,网络的引入所带来的延时、丢包、多包传输等问题使得系统的分析和控制更加困难。在网络化控制系统的研究中,仿真和实验是检验控制理论与方法的性能的重要手段,因此如何为网络化控制系统提供一个通用的仿真和实现平台是一个值得关注的研究方向。网络化控制系统的性能一方面取决于控制算法的优劣,另一方面也依赖于对共享网络资源的调度,从网络调度角度来研究网络化控制系统是当前网络化控制系统研究中的热点之一。
监控组态软件是用户监视和控制控制系统的工具,也是控制系统仿真和实现平台的重要组成部分之一。本文对网络化控制系统监控组态软件进行了较为深入的研究,另外,利用极大极小代数为工具,从离散事件系统的角度对网络化控制系统中的网络调度问题进行了初步的理论研究。
论文的主要内容和创新之处如下;
①针对网络化控制系统中用户较少,用户只需分时监控系统的小规模应用需求,设计和实现了网络化控制系统单机监控组态软件。按照模块化的设计方法,为软件设计了人机界面模块、数据管理模块和通信模块。同时,还设计了软件的数据采集方案和用户使用流程。
②针对局域网内网络化控制系统用户较多且需要并发监控系统的中等规模应用需求,设计和实现了基于局域网的网络化控制系统监控组态软件。考虑到单机监控组态软件设计中存在的系统通信吞吐量的瓶颈问题,采用了客户服务器结构作为该监控组态软件的体系结构,对服务器和客户端分别进行了详细设计。同时,为了保证多用户并发访问系统时的安全性和有序性,采用了基于角色的访问控制作为系统的访问控制策略。
③针对因特网环境下大量用户通过网络随时随地对网络化控制系统进行监控的大规模应用需求,设计和实现了基于因特网的网络化控制系统监控组态软件。对软件工作的Web平台进行了介绍,其中对分布式数据库平台进行了详细介绍.为软件设计了同Web平台交互的整体结构,并对新的条件下的数据库访问机制、先来先服务的访问控制机制和客户服务器结构进行了设计和实现。
④针对网络化控制系统运行过程中对大量历史数据的高效存储需求,采用了两级数据压缩算法作为历史数据的压缩算法,其中第一级采用了一种旋转门有损压缩算法,第二级采用了通用字节流数据压缩算法。针对历史数据的快速查询需求,为历史数据库设计了一种多级索引存储结构。针对软件的国际化需求,设计和实现了软件的国际化功能。
⑤介绍了TCP网络的极大极小代数模型,特别分析了其中一类具有极大极小函数输入和极大函数输出的模型,提出了利用输出反馈对这类系统进行镇定及对其周期时间进行配置的方法。介绍了模型的能达性、能观性、强连通块、极大射影合取分解式、输出反馈的极大射影矩阵直积、具有极大极小函数输出反馈的闭环系统极大射影表示等。证明了系统能达且至少具有一个能观状态为系统镇定的充分条件,对于系统能达且能观的情况给出了更进一步的结论。证明了系统能达并且至少一个状态能观是系统周期时间可配置的充分必要条件。文中给出了输出反馈的构造性方法.