網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

前言

未來(lái)的社會(huì)是信息化的社會(huì)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)在其中占據(jù)了最重要的地位，這對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)提出了迫切的要求。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)成為一門(mén)基礎(chǔ)技術(shù)學(xué)科，理論性和技術(shù)性都很強(qiáng)。與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科相比，該學(xué)科的教育工作者既要培養(yǎng)學(xué)科理論研究和基本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人才，還要培養(yǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人才，甚至是應(yīng)用人才。從層次上來(lái)講，則需要培養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、使用與維護(hù)等各個(gè)層次的人才。這就要求我國(guó)的計(jì)算機(jī)教育按照定位的需要，從知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)方面進(jìn)行人才培養(yǎng)。碩士研究生的教育須突出“研究”，要加強(qiáng)理論基礎(chǔ)的教育和科研能力的訓(xùn)練，使學(xué)生能夠站在一定的高度去分析研究問(wèn)題、解決問(wèn)題。碩士研究生要通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高理論水平，為今后的研究和發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；通過(guò)相應(yīng)的研究及學(xué)位論文撰寫(xiě)工作來(lái)接受全面的科研訓(xùn)練，了解科學(xué)研究的艱辛和科研工作者的奉獻(xiàn)精神，培養(yǎng)良好的科研作風(fēng)，鍛煉攻關(guān)能力，養(yǎng)成協(xié)作精神。高素質(zhì)創(chuàng)新型計(jì)算機(jī)人才應(yīng)具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，教學(xué)與科研相結(jié)合是培養(yǎng)實(shí)踐能力的有效途徑。高水平人才的培養(yǎng)是通過(guò)被培養(yǎng)者的高水平學(xué)術(shù)成果來(lái)反映的，而高水平的學(xué)術(shù)成果主要來(lái)源于大量高水平的科研。高水平的科研還為教學(xué)活動(dòng)提供了最先進(jìn)的高新技術(shù)平臺(tái)和創(chuàng)造性的工作環(huán)境，使學(xué)生得以接觸最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)理論、技術(shù)和環(huán)境。高水平的科研也為高水平人才的素質(zhì)教育提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。為提高高等院校的教學(xué)質(zhì)量，教育部最近實(shí)施了精品課程建設(shè)工程。由于教材是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，必須加快教材建設(shè)的步伐。為適應(yīng)學(xué)科的快速發(fā)展和培養(yǎng)方案的需要，要采取多種措施鼓勵(lì)從事前沿研究的學(xué)者參與教材的編寫(xiě)和更新，在教材中反映學(xué)科前沿的研究成果與發(fā)展趨勢(shì)，以高水平的科研促進(jìn)教材建設(shè)。同時(shí)應(yīng)適當(dāng)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的原版教材，確保所有教學(xué)環(huán)節(jié)充分反映計(jì)算機(jī)學(xué)科與產(chǎn)業(yè)的前沿研究水平，并與未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)相協(xié)調(diào)。中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)教育專業(yè)委員會(huì)在清華大學(xué)出版社的大力支持下，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科碩士研究生培養(yǎng)的系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上組織來(lái)自多所全國(guó)重點(diǎn)大學(xué)的計(jì)算機(jī)專家和教授們編寫(xiě)和出版了本系列教材。作者們以自己多年來(lái)豐富的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，認(rèn)真研究和結(jié)合我國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科碩士研究生教育的特點(diǎn)，力圖使本系列教材對(duì)我國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科碩士研究生的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改革起引導(dǎo)作用。本系列教材的系統(tǒng)性和理論性強(qiáng)，學(xué)術(shù)水平高，反映科技新發(fā)展，具有合適的深度和廣度。

內(nèi)容概要

本書(shū)主要闡述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基本思想、經(jīng)典研究方法和發(fā)展趨勢(shì)。全書(shū)共8章，主要內(nèi)容包括概述、網(wǎng)絡(luò)通信與控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與穩(wěn)定性分析、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)、具有隨機(jī)區(qū)間時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模與控制、離散時(shí)間網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與控制、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的仿真分析。附錄提供了基于TrueTime的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真程序?！　”緯?shū)可作為高等院校自動(dòng)化及其相關(guān)專業(yè)研究生和高年級(jí)本科生的教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章  概述  1.1  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述 　 1.1.1  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概念　  1.1.2  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)  　1.1.3　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)  1.2　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展　  1.2.1　集散控制系統(tǒng)  　1.2.2　現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)　  1.2.3　基于工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)  1.3  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成    　1.3.1　控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)　  1.3.2　控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)集成的目標(biāo)　  1.3.3　控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)第2章  網(wǎng)絡(luò)通信與控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)  　2.1　數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)  　2.1.1　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)　  2.1.2　數(shù)據(jù)編碼技術(shù)　  2.1.3　數(shù)據(jù)通信模式　  2.1.4　數(shù)據(jù)交換技術(shù)　  2.1.5  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳輸介質(zhì)　  2.1.6　介質(zhì)訪問(wèn)控制方式　  2.1.7　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)　2.2　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議  　2.2.1　協(xié)議與層次劃分　  2.2.2　通信參考模型　2.3　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)　  2.3.1　典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介　  2.3.2　工業(yè)以太網(wǎng)第3章  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本問(wèn)題  3.1　采樣周期  3.2  網(wǎng)絡(luò)時(shí)延  　3.2.1　網(wǎng)絡(luò)時(shí)延產(chǎn)生的原因　  3.2.2　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中時(shí)延的組成  　3.2.3　網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的類(lèi)型　  3.2.4　時(shí)延的計(jì)算方法  3.3  網(wǎng)絡(luò)調(diào)度  3.4　單包傳輸與多包傳輸  3.5　數(shù)據(jù)包丟失  3.6　數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂  3.7　通信約束  3.8　節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)方式  3.9　時(shí)鐘同步第4章  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與穩(wěn)定性分析  4.1　時(shí)延問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模  　4.1.1  時(shí)延小于一個(gè)采樣周期時(shí)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建?！? 4.1.2  時(shí)延大于一個(gè)采樣周期時(shí)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模  4.2　丟包問(wèn)題的系統(tǒng)建模  　4.2.1　單包傳輸有數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建?！? 4.2.2　多包傳輸有數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模  　4.2.3　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)丟包率的計(jì)算  4.3  同時(shí)具有時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建?！? 4.3.1　單包傳輸有丟包和時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模  　4.3.2　多包傳輸有丟包和時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模  4.4　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定域分析方法  4.5　基于混雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法  4.6　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)延的補(bǔ)償　  4.6.1　全狀態(tài)反饋　  4.6.2　輸出反饋　  4.6.3　仿真驗(yàn)證  4.7　基于攝動(dòng)理論的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)調(diào)度策略分析  　4.7.1　系統(tǒng)模型　  4.7.2　系統(tǒng)的調(diào)度策略和穩(wěn)定性分析第5章　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)第6章　具有隨機(jī)區(qū)間時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)控制第7章　離散時(shí)間網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模與控制　第8章　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的仿真分析附錄A　仿真實(shí)例1源代碼附錄B　仿真實(shí)例2源代碼參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概念網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NetworkedControlSystem，NCS）又被稱為基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，是一種完全網(wǎng)絡(luò)化、分布化的控制系統(tǒng)，是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)傳感器、控制器和執(zhí)行器等系統(tǒng)各部件之間的信息交換，從而實(shí)現(xiàn)資源共享、遠(yuǎn)程檢測(cè)與控制。例如，基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)都可以看成是一種狹義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。廣義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不但包括狹義的在內(nèi)，還包括通過(guò)Internet、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)以及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠車(chē)間、生產(chǎn)線以及工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、信息傳輸、信息管理以及信息分析等。NCS的概念最早于l999年出現(xiàn)在馬里蘭大學(xué)G.C.Walsh的論著中，文中指出，在該系統(tǒng)中控制器與傳感器通過(guò)串行通信形成閉環(huán)。人們對(duì)以網(wǎng)絡(luò)為通信介質(zhì)的控制系統(tǒng)研究最早可以追溯到1988年由Y.Halevi與A.Ray兩位學(xué)者一起發(fā)表的一篇名為Integratedcommunicationandcontrolsystems的論文。他們首次將控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)的研究結(jié)合起來(lái)，將這種系統(tǒng)命名為集成通信控制系統(tǒng)，并討論了帶有隨機(jī)時(shí)延的線性控制系統(tǒng)的建模問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制科學(xué)日益發(fā)展與交叉融合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的更高發(fā)展。

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《網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)(中文版)》是由清華大學(xué)出版社出版的。

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