本站原创摘 要：本文通过对Ja网络编程技术地使用, 对Matlab的网络控制功能进行了实现和仿真模拟, 对因为控制网络导致的控制信息传输时延时, 使得工业控制系统性能出现恶化的情况进行了改善, 为网络控制实验仿真提供了一种有效的方法.
【关 键 词 】网络控制 仿真 Matlab Ja
随着信息技术越来越成熟,信息无障碍交换从大型工业设备到对工厂的各个环节都实现了信息技术,让信息交流变得越来越通畅.信息技术地进步,使得工业自动化在操作系统上从单机操作变成了目前的网络集成操作的企业联合信息技术.网络技术对工业的作用来说是制造业的关键所在,尤其在信息交换方面,不同层级间的信息交换,已经不是一种简单的数据交换,而是一种复杂的信息控制技术,所以,现在的现场信息传输要在控制方式和现场总线方面已经有了重大的变动,如果不进行变革,过去的设计方式根本就不能适应当前信息传输的需要.
工业信息传输网络的复杂性,使得网络技术有了更进一步的要求,所以,在工业控制网络中,以太网被广泛运用,这使得控制结构向网络转换,整个控制系统在网络总线的作用下形成了闭合回路,这样,控制系统时间延迟就会因为通讯在环路中的延迟而存在,当时间周期影响到采样周期时,控制系统就会出现恶化,导致稳定失衡.本文把Ja网络编程技术和M atlab的仿真功能结合起来,把大学校园网络当做试验对象,进行传输试验,使得太网的控制信息传输时延的特性被成功地进行了模拟,对工业控制的全部系统性能的不利情况进行了细致的研究.
1.建立数学模型
要设计在网络封闭环境下的控制系统的软件,首先要建立一个数学模型,以实现对系统进行设计检测设：
（1）时间驱动方式是由传感器的节点所采取的,使用周期采样来满足被控对象的周期采样需要,采样周期设定为T.
（2）事件驱动（ev ent -driven）方式主要是用于控制器和执行器两个节点, 由此,信息的到达时间和相应节点所需要的动作时间在结果上是一样的.
（3）控制回路总的时间要出现延迟,在相互独立、概率分布相同、统计特性和已知的随机变量序列的特性都要符合设计要求.
这三个检测设,在常规的网络控制系统中是很常见的,第一个检测设的采样都是控制系统的常规采样,而第二个检测设,在目前也能通过现场总线技术用事件驱动方式去实现,如美国的Echelo n公司早在上个世纪中期就设计了这样的现场总线技术.现场总线技术的优点就是能及时利用传输过来的新信息,可以提高系统的控制系.这方面的的先进性是不言而喻的.而第三个检测设,在随机性方面能满足网络运输传输的周期性要求,使得每个周期的网络负载是相等的,尤其是在网络传输过程中,信息量大而且周期性和非周期性信息都满足设计条件,所以,这个检测设是完全正确的.
2.设计仿真实验软件
因为Ja是一种广泛地应用在网络环境下的计算机系统,而且在Inter的网络程序设计中不需要任何限制条件就可以运行,所以没有选择操作系统的必要.在实验中,Ja 语言就可以完成这个任务,在传达仿真控制器与执行器之间对信息进行控制.
在整个过程中, TCP/ IP 网络协议被看作是A PI ―Socke之间的通用接口,是数据传递的特殊工具,
控制器与执行器因此而被连接, 因为So cket在两个程序之间是可以进行双向传递的,作为网络通信机制, 它是用来传输两台主机间的数据的,最后的完成在于识别控制器的Ip地址以及端口号.控制器寻找执行器的方式就是对IP地址进行识别,然后以端口号为媒介,和执行器的程序进行连接,这样一来,控制信息就能实现传送了.执行器传递控制信息的原理也是如此.
Socket是处于底层的通讯机制, 通过Socket的数据所表示的字节流信息是非常原始的,要进行流畅地传递,Socket类库与输入输出流（ I/ O Stream） 的合作要紧密,这样才能实现网络传输地通畅.
系统的控制器和带有传感器的被控对象是按照设计程序设计的,被控对象的仿真软件必须在经过周期准备后才能进行采样,顺序是被控对象先进行,然后,采样后的信息根据指令要求被反馈到端口,在屏幕上反应出来的曲线变化是在事件驱动的指令下进行控制的.要实现这个目的, Server Socket类实例是按照设计先建立, 控制环境必须严格初始化,这样,连接请求被控制器端口处发出后,就能被有效地接受和监听了,当连接实现后,控制指令由调用被控对象仿真函数来回应,到达的时间（ 毫秒级） 也被记录下来.
3.系统时延的模拟与分析
在试验中,我们所用的网络是四川水利职业技术学院的校园公共网络及本实验室的电脑和D -Link DFE 924Dx集线器, 按照图 3所示,设计了试验需要的仿真环境. 用来模拟仿真控制系统的软件是我们自己编写的,各节点之间传递信息是用TCP / IP网络协议.我们传感器跟执行器是设定在一起的,被控对象在周期采样时采用的驱动方式是时间驱动式,事件驱动方式在控制器节点和执行器节点上得到执行,所以,在时间的要求是一致的.
4.结论
控制系统规模在未来的趋势是朝着大规模演变,在选用哪种控制方式时,分布式网络控制方式将是未来主要的设计方式, 由于网络引入的传输时间延迟、数据包的丢失是不可避免的, （ 本实验仿真软件使用 TCP/IP协议在局域网中, 数据包的丢失现象几乎没有） ,增减改变也伴随着网落数据量的变化而发生了很大的改变,这样,从设计初确定的对象模型变成能够变时延的对象就是我们说需要的被控对象的常态, 这样,在分析整个网络控制系统、设计时就会有很大的难度.目前,有关这方面的研究在我国还很少,没有经验可借鉴.如果在进行设计系统中忽略了这方面的现象,整个系统动态出现不确定性,系统工作和预期相差太大.本研究使用Ja语言与Matlab仿真软件相结合, 基于TCP/IP协议而设计出一套全新的网络仿真系统,为以后设计网络控制理论, 打下和创立了一个良好基础和实验平台.