网络控制应用问题 明确系统性能指标 网络用户界面设计 对网络时延的补偿控制问题 多用户登陆问题 √网络安全问题
网络控制应用问题 ✓ 明确系统性能指标 ✓ 网络用户界面设计 ✓ 对网络时延的补偿控制问题 ✓ 多用户登陆问题 ✓ 网络安全问题
网络控制应用实例 本节讲述基于Internet网络的三容液位实验控制系统 的设计，该网络控制系统是为教学实验所设计，下面对 基于网络的三容控制系统设计过程加以简要介绍。 ①过程描述 三容系统的物理实验装置如图9.24所示，其系统结 构示意图如图9.25所示。 泵2 92 容器1 容器3 容据2 中央储水器 图9.24物理实验装置 图9.25系统结构示意图
网络控制应用实例 图9.24 物理实验装置 本节讲述基于Internet网络的三容液位实验控制系统 的设计，该网络控制系统是为教学实验所设计，下面对 基于网络的三容控制系统设计过程加以简要介绍。 ①过程描述 三容系统的物理实验装置如图9.24所示，其系统结 构示意图如图9.25所示。 图9.25 系统结构示意图
网络控制应用实例 三容系统中存在着两路输入，分别是容器1和容器2的 进水调节阀的流量，调节阀通过D/A输出O~10VDC信号控 制，对应着调节阀门的不同开度。容器1和容器2之间靠容 器3连接着，且第一个和第三个容器都带有泄漏阀。通过物 理机理建模可得如下三容系统模型： dh dt =gn +sgn(h -h)k-h-k dh dt =g2+sgn(h-么)kVh-h-kV历 dt --sgn(h,-h)k-sgn(h-h
三容系统中存在着两路输入，分别是容器1和容器2的 进水调节阀的流量，调节阀通过D/A输出0~10V DC信号控 制，对应着调节阀门的不同开度。容器1和容器2之间靠容 器3连接着，且第一个和第三个容器都带有泄漏阀。通过物 理机理建模可得如下三容系统模型： 网络控制应用实例 1 1 3 1 3 1 1 2 2 3 2 3 2 2 3 3 1 3 1 3 2 3 2 d sgn( ) d d sgn( ) d d sgn( ) sgn( ) d i i h A q h h k h h k h t h A q h h k h h k h t h A h h k h h h h k h h t = + − − − = + − − − = − − − − − −
网络控制应用实例 该网络控制系统中，在本地侧应用PD算法来整定 三容系统的控制性能，采用图9.21所示的网络控制结 构，并使用了图9.23所示的控制器参数调整策略以补 偿网络延时带来的影响。 Delay t2 Parameters Dolay t Setpoint Local Controller Internet Delay t4 Process variables 图9,23控制器参数调整策略示意图
网络控制应用实例 该网络控制系统中，在本地侧应用PID算法来整定 三容系统的控制性能，采用图9.21所示的网络控制结 构，并使用了图9.23所示的控制器参数调整策略以补 偿网络延时带来的影响。 图9.23 控制器参数调整策略示意图
网络控制应用实例 ②网络控制策略 该网络控制系统中做如下考虑： ()高兼容性。作为教学实验系统，尽量使更多的远程用户使用有限 的用户资源。 (b)自升级功能。系统具有自动升级功能，并能将升级信息自动传递 给远程用户。 ()鲁棒性。系统具有高的可靠性和自修复功能，在必要的情况下可 以自动复位。 ()造价低。作为教学实验系统，其应用对象多为学生，因此尽量追 求使用费用的低廉，尽量应用免费的或常规的应用软件。 ()用户使用权限。远程用户只有经过注册后才可登录试验系统，当 有一位用户在线时，禁止其余用户调整控制器参数。用户的登录时 间长短也受限制，以便更多的用户使用。 ()教学效率。试验过程中提供技术资讯，试验后可取得实验数据
网络控制应用实例 ②网络控制策略 该网络控制系统中做如下考虑： (a) 高兼容性。作为教学实验系统，尽量使更多的远程用户使用有限 的用户资源。 (b) 自升级功能。系统具有自动升级功能，并能将升级信息自动传递 给远程用户。 (c) 鲁棒性。系统具有高的可靠性和自修复功能，在必要的情况下可 以自动复位。 (d) 造价低。作为教学实验系统，其应用对象多为学生，因此尽量追 求使用费用的低廉，尽量应用免费的或常规的应用软件。 (e) 用户使用权限。远程用户只有经过注册后才可登录试验系统，当 有一位用户在线时，禁止其余用户调整控制器参数。用户的登录时 间长短也受限制，以便更多的用户使用。 (f) 教学效率。试验过程中提供技术资讯，试验后可取得实验数据
网络控制应用实例 ③通信结构 基于网络的三容实验控制系统采取的通信结构形式 如图9.26所示。 系统中使用了TCP/IP协议，用Java语言编写了应用 程序。 CLIENT INTERNET COMMUNICATION SERVER WEB BROWSER WEB SERVER EXPERIMENT ACESS SOCKET CONTROL PORT S000) E只ACE ER填T EXPERINENT CONTROL TCP/IP JAVA AP气E力 HTTP HTML PHP SERVER JAVA TCP/IP WEB PACE 图9.26网络三容控制系统的通信结构示意图
网络控制应用实例 ③通信结构 基于网络的三容实验控制系统采取的通信结构形式 如图9.26所示。 系统中使用了TCP/IP协议，用Java语言编写了应用 程序。 图9.26 网络三容控制系统的通信结构示意图
网络控制应用实例 ④远程用户人机界面 -”+·0日△自出3必国日粉回如出面给·养路电语，6白 Controle P内oporcional Co白epW 04 003 该系统提供了如 Controle PD 。Contrele P) nir Felntunci 图9.27所示的远程用户 0eg制 Ouadr ada 0.001 Trianudar Senoidal reximtia 人机界面窗体。图927 Arhitraria Erar Contretador ErMar Rrferencia Pafp四n韩试e Sair Experimento 给出了正弦参考输入 cm 201 s0 25线 256 下的人机界面窗体中 19的 20 的显示情况。其中含 有参考输入信号的参 数和控制器参数。窗 体中还显示了三个容 02 器的液位对参考输入 6204404604905052054056050600 4204404604056050640560506d 的跟踪情况（左侧波 Mh由aaD 形图)和两路控制信 名Ta事e1 Iangue-2 号（右侧波形图)。 防Tnee3 此外还能显示三个容 器的实时液位高度。 图9,27远程用户人机界面窗体
网络控制应用实例 ④远程用户人机界面 该系统提供了如 图9.27所示的远程用户 人机界面窗体。图9.27 给出了正弦参考输入 下的人机界面窗体中 的显示情况。其中含 有参考输入信号的参 数和控制器参数。窗 体中还显示了三个容 器的液位对参考输入 的跟踪情况（左侧波 形图）和两路控制信 号（右侧波形图）。 此外还能显示三个容 器的实时液位高度。 图9.27 远程用户人机界面窗体
3.网络控制系统的发展状况 集散控制系统(Distributed Control System) 现场总线控制系统 (Field-bus Control System) ☐嵌入式网络控制系统 (Embedded Network based Control System
3. 网络控制系统的发展状况 ❑ 集散控制系统（Distributed Control System） ❑ 现场总线控制系统（Field-bus Control System） ❑ 嵌入式网络控制系统（Embedded Network based Control System）
集散控制系统 集散控制系统针对集中式控制系统风险集中 的弊端，把一个控制过程分解为多个子系统，由 多台计算机协同完成。信息一方面自下向上逐渐 集中，同时，又自上而下逐斩分散。现扬级控制 单元与现场设备用电缆连接，采用标准420mA 模拟信号传输。集散控制系统具有了一定的网络 化思想，也适应于当时的计算机和网络技术水平。 集散控制系统的不足之处
集散控制系统 集散控制系统针对集中式控制系统风险集中 的弊端，把一个控制过程分解为多个子系统，由 多台计算机协同完成。信息一方面自下向上逐渐 集中，同时，又自上而下逐渐分散。现场级控制 单元与现场设备用电缆连接，采用标准4~20mA 模拟信号传输。集散控制系统具有了一定的网络 化思想，也适应于当时的计算机和网络技术水平。 ❑ 集散控制系统的不足之处
集散控制系统的不足之处 集散系统仍然是模拟数字混杂系统，模拟 信号的转换和传输使系统精度受到限制 结构上遵循主从式思想，没有完全突破集 中控制模式的束缚。一旦主机故障，系统可靠 性就无法保障。更重要的DCS系统属非开放式 专用网络，各系统之间互不兼容，从而不利于 系统的维护和组态灵活性
集散控制系统的不足之处 集散系统仍然是模拟数字混杂系统，模拟 信号的转换和传输使系统精度受到限制 结构上遵循主从式思想，没有完全突破集 中控制模式的束缚。一旦主机故障，系统可靠 性就无法保障。更重要的DCS系统属非开放式 专用网络，各系统之间互不兼容，从而不利于 系统的维护和组态灵活性