無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸特性研究.pdf

1、關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究開始于20世紀(jì)末，因在數(shù)據(jù)傳輸上采用了通信資源共享的手段而節(jié)省大量布線電纜，方便了系統(tǒng)的檢測(cè)、維修和維護(hù)，剛剛興起的無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不僅繼承了這一優(yōu)點(diǎn)，還從根本上解決了一些特殊場(chǎng)合(高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備、海洋工程中或是經(jīng)常需要維修改造的場(chǎng)合)不便于線纜鋪設(shè)的問題，使系統(tǒng)具有更高的靈活性，安裝、維護(hù)、診斷更為便捷的優(yōu)點(diǎn)，成為控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。然而，無線通信網(wǎng)絡(luò)容易受到電磁干擾，本身具有較小的帶寬、射頻通信的多跳性、無

2、線通信信道數(shù)量和容量有限等特點(diǎn)，使無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能更容易受到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀刂葡到y(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)也變得更為復(fù)雜。目前，這些問題正困擾著廣大研究人員和工程技術(shù)人員，并且限制了無線通信技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 本文以無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用為研究對(duì)象，針對(duì)控制過程中存在的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，從通信和控制兩個(gè)方面展開研究，著眼于提高系統(tǒng)的控制性能，以滿足工程應(yīng)用的要求。因無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是集控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技

3、術(shù)、射頻通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的多學(xué)科、多領(lǐng)域的復(fù)雜控制系統(tǒng)，所以本文僅從如下幾個(gè)方面作了研究： 1、從無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)理入手，對(duì)造成無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)丟失的原因進(jìn)行了分析，得出無線網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境和多址通信協(xié)議是影響數(shù)據(jù)傳輸特性的主要影響因素的結(jié)論，從控制角度出發(fā)提出了一種混合輪詢通信協(xié)議以改善多址數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)包錯(cuò)序和數(shù)據(jù)超長延時(shí)的問題，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的多樣性和工作環(huán)境的復(fù)雜性提出了控制網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)的三種方法

4、：數(shù)據(jù)延時(shí)評(píng)價(jià)法、數(shù)據(jù)包丟失評(píng)價(jià)法和時(shí)間信息流法，用以選用合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。 2、針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)丟失這兩種現(xiàn)象建立了控制系統(tǒng)模型，并分析了這兩種現(xiàn)象對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響。采用了基于延時(shí)的隨機(jī)最優(yōu)控制算法對(duì)具有數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)的控制系統(tǒng)性能進(jìn)行改善，并給出隨機(jī)延時(shí)最優(yōu)控制離線算法以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制器計(jì)算量小的情況；通過對(duì)基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嚯姍C(jī)控制系統(tǒng)模型分析，采用預(yù)測(cè)控制方法來實(shí)現(xiàn)通信故障或數(shù)據(jù)丟失時(shí)的控制，并能夠?qū)?/p>

5、現(xiàn)在通信故障時(shí)的容錯(cuò)控制。 3、利用LabVIEW軟件建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，給出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸特性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)目前常用的一些通信協(xié)議進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。對(duì)基于ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸特性進(jìn)行了分析，并在實(shí)際工作場(chǎng)合進(jìn)行了傳輸特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)特性符合正態(tài)分布其均值約為50ms，數(shù)據(jù)丟失在3％以內(nèi)。 4、設(shè)計(jì)了多節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)的模擬工作平臺(tái)，并在其上完成了基于ZigBee協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙?jié)