物聯(lián)網(wǎng)控制總結(jié)(太原理工)

1、第一章：緒論物聯(lián)網(wǎng)的三個特征：1、 全面感知：利用射頻識別、二維碼傳感器等感知、捕獲、測量技術(shù)隨時隨地對物體進(jìn)行信息采集和獲取。2、 可靠傳輸：將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，并依托各種通信網(wǎng)絡(luò)，隨時地進(jìn)行可靠的信息交互和共享。3、 智能處理：利用各種智能計(jì)算技術(shù)，對海量的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)：物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)RFID和EPC技術(shù)傳感控制技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)人工智能技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用的難點(diǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題數(shù)據(jù)安全問題IP地址問題物聯(lián)網(wǎng)終端問題第二章：現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線定義：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置，與控制室內(nèi)的自動裝置之間的，數(shù)字式、雙向傳輸、串行、多

2、點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn)1、基礎(chǔ)性：在現(xiàn)場環(huán)境下運(yùn)行的可靠的、廉價的和靈活的通信系統(tǒng)下連現(xiàn)場儀器儀表所在的設(shè)備，上連 Internet 或 Ethernet實(shí)現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)的信息管理、資源管理及綜合自動化達(dá)到設(shè)備級2、靈活性：傳統(tǒng)過程自動控制采用一對一設(shè)備連接，增加了系統(tǒng)成本和維護(hù)費(fèi)用現(xiàn)場總線采用串行連接，增減設(shè)備的可操作性強(qiáng)3、分散性：其靈活性決定了現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制和信號處理等功能可下放到現(xiàn)場控制系統(tǒng)的功能可不依賴于控制室的計(jì)算機(jī)，而可直接在現(xiàn)場完成現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)1、開放性 系統(tǒng)通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)保證了系統(tǒng)具有一致性和公開性2、交互性 上層網(wǎng)絡(luò)與

3、現(xiàn)場設(shè)備間具有相互溝通的能力，設(shè)備間具有相系溝通的能力，不同廠家的同類產(chǎn)品可以相互替換3、自治性 可將傳感測量、信號變換、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理和部分控制功能下放到現(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場設(shè)備可隨時診斷自身運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測潛在故障4、適應(yīng)性 具有較強(qiáng)的抗干擾能力和可靠性現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)P221、IEC 61158 （第四版）IEC 61158 1 總論與導(dǎo)則IEC 61158 2 物理層服務(wù)定義與協(xié)議規(guī)范IEC 61158 300 數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)定義IEC 61158 400 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范IEC 61158 500 服務(wù)層定義IEC 61158 600 應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范2、EPA現(xiàn)場總線的工作范圍PROF

4、INET=Ethernet/IP(100m) DeviceNet(500m) EIB(1000m)RS422=RS485=InterBug=PROFIBUS=P-NET=CC-Link(1200m)FF(1900m)LonWorks(2700m)ControlNet(6000m)CAN(1wm)CAN總線的常用技術(shù)指標(biāo)、性能特點(diǎn)、報(bào)文通信以及幀結(jié)構(gòu)1、載波監(jiān)聽，多路訪問，沖突檢測的通信技術(shù) 2、基于報(bào)文的通信技術(shù)3、高速，且具備復(fù)雜的錯誤監(jiān)測和恢復(fù)能力的高可靠通信技術(shù)性能特點(diǎn) 1. CAN為多主工作方式 2. CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分為不同的優(yōu)先級3. CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)4. CA

5、N程序通過報(bào)文濾波 5. CAN的直線通信距離最長可達(dá)10km（速率5Kbps以下），通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時通信距離最長為40m）6. CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)128個；報(bào)文標(biāo)識符可達(dá)2032種 7.采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有良好的檢錯效果。8. CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯措施 9. CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 10. CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受限制。設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線工作流程一、總體選擇 （1）現(xiàn)場總線類型選擇（2）是否有冗余要求 （3）是否有本質(zhì)安全

6、要求 （4）系統(tǒng)實(shí)時性要求二、系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)的確定三、 主站選擇四、從站選擇五、系統(tǒng)軟件選擇六、電纜類型選擇七、系統(tǒng)分析、診斷工具的選擇第五章 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其仿真1、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成2、控制器3、被控對象4、通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1、以數(shù)字信號取代模擬信號在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)上傳輸2、不同廠家的產(chǎn)品在同一網(wǎng)絡(luò)中可相互兼容，相互通信3、系統(tǒng)具有開放性，容易擴(kuò)展4、帶有CPU的智能終端實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)智能化，這些節(jié)點(diǎn)相對獨(dú)立5、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)使原來的由中央控制器實(shí)現(xiàn)的功能可以在智能化節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了控制現(xiàn)場化和功能分散化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本問題 通信協(xié)議 不同的特性將影響系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，以及總體性能 通信網(wǎng)絡(luò)存

7、在不同網(wǎng)絡(luò)類型 有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)絡(luò)存在不的訪問控制方式 隨機(jī)訪問：采用載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議 輪詢服務(wù)：采用令牌傳遞方式 采樣周期 對于一般的離散系統(tǒng)，采樣率越快，就越接近連續(xù)系統(tǒng) 采樣同期的縮短將加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，加大信號的時延 網(wǎng)絡(luò)時延 這種由于網(wǎng)絡(luò)的引入而使控制系統(tǒng)的信息傳輸產(chǎn)生的時延，稱為網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延或網(wǎng)絡(luò)時延 網(wǎng)絡(luò)時延會造成系統(tǒng)控制品質(zhì)降低、性能惡化，甚至系統(tǒng)不穩(wěn)定計(jì)算網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時延：主要由傳感器到控制器的時延t1，控制器計(jì)算時延t2，控制器到執(zhí)行器時延t3構(gòu)成，一般t2可忽略，t=t1+t3 丟包 網(wǎng)絡(luò)時延會造成系統(tǒng)控制品質(zhì)降低、性能惡化，甚至系統(tǒng)不穩(wěn)定對策：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

8、的被控對象只能忍受一定比例的丟包，丟包率達(dá)到一定值時，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)擁塞算法中，會有目的的丟包，丟包為非實(shí)時數(shù)據(jù)，一段時間內(nèi)未達(dá)到的包主動丟棄，保證數(shù)據(jù)的更新和實(shí)時有效性 網(wǎng)絡(luò)調(diào)度各節(jié)點(diǎn)在共享網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)出現(xiàn)碰撞時，規(guī)定節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先發(fā)送順序、發(fā)送時刻和時間間隔 調(diào)度方法分為三類靜態(tài)調(diào)度策略動態(tài)靜動態(tài)混合 節(jié)點(diǎn)驅(qū)動方式時間驅(qū)動：按預(yù)定時間啟動工作，使節(jié)點(diǎn)周期性工作，一般傳感器采用事件驅(qū)動：以特定的事件觸發(fā)來啟動工作，控制器和執(zhí)行器一般采用事件驅(qū)動 節(jié)點(diǎn)時鐘同步同步模塊是通信系統(tǒng)的心臟，當(dāng)各類節(jié)點(diǎn)均采用時間驅(qū)動時，必須保持時鐘同步 時鐘同步的方式：硬件同步，軟件同步網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真器Tru

9、etime工具箱的結(jié)構(gòu)及其功能模塊結(jié)構(gòu)： 以Visual C+ 6.0以及以上版本的和Matlab/Simulink為平臺 能與Matlab軟件包中的其他控制模塊相結(jié)合，搭建實(shí)時控制系統(tǒng)或?qū)崟r網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 可提供多種通信網(wǎng)絡(luò)模式功能模塊： 實(shí)時內(nèi)核模塊 （TrueTime Kemel） 有線網(wǎng)絡(luò)模塊 （TrueTime Network） 無線 網(wǎng)絡(luò)模塊 （TrueTime Wireless Network） 電池模塊 （TrueTime Batter） 發(fā)送消息模塊 （ttSendMsg） 接收消息模塊 （ttGetMsg）網(wǎng)絡(luò)模擬器NS2中使用的編程語言和功能模塊編程語言：C+，Otcl功能

10、模塊： 事件調(diào)度器 節(jié)點(diǎn)（Node） 鏈路（Link） 代理（Agent） 數(shù)據(jù)包（Packet） 應(yīng)用層（Application） 數(shù)據(jù)記錄 動畫演示 數(shù)據(jù)分析 繪圖工具第六章：智能家居智能家居的概念：利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將家庭中的設(shè)備通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起智能家居國內(nèi)外發(fā)展：美國：豪華，追求舒適享受，耗能大德國：注重基本功能性澳大利亞：完全的自動化。日本：以人為本，注重功能，注重未來發(fā)展與環(huán)境保護(hù)。韓國：提倡實(shí)用，政府支持國內(nèi)：1999年起步，0309小規(guī)模市場智能家居的功能：1、 基于TCP/IP通信協(xié)議，家庭智能網(wǎng)關(guān)為控制核心，將各種設(shè)備集成為一體，實(shí)現(xiàn)各種強(qiáng)大

11、的功能。2、 采用人性化理念，賦予用戶更多，更智能的操控方式3、 系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)視的功能4、 帶有實(shí)時狀態(tài)反饋的家電控制技術(shù)5、 人性化GUI界面設(shè)計(jì)，支持多種操控界面6、 允許設(shè)置多種場景模式體系結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)程服務(wù)外部網(wǎng)絡(luò)本地服務(wù)平臺（家庭網(wǎng)關(guān)）數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)家庭設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)：1、 家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部組網(wǎng)技術(shù)2、 家庭網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)3、 智能家居遠(yuǎn)程控制技術(shù)控制方法1、 網(wǎng)絡(luò)控制論系統(tǒng)2、 基于反饋的家庭網(wǎng)絡(luò)控制3、 基于智能決策的家庭網(wǎng)絡(luò)控制第三章：控制論發(fā)展階段：第一階段：經(jīng)典控制論，解決單輸入單輸出的問題，主要研究線性定常系統(tǒng)第二階段：現(xiàn)代控制論，多輸入多輸出的問題，線性定常系統(tǒng)或非線性，時變系統(tǒng)

12、第三階段：大系統(tǒng)理論和智能控制，大系統(tǒng)理論，研究結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分解方法和協(xié)調(diào)等問題的技術(shù)基礎(chǔ)理論反饋系統(tǒng)的基本組成：自動控制系統(tǒng)的分類：1. 線性連續(xù)控制系統(tǒng)1、 恒指控制系統(tǒng)：輸入信號是常數(shù)，主要強(qiáng)調(diào)抗擾性2、 隨動系統(tǒng)：預(yù)先不知道的，跟隨時間人以變化的函數(shù)。主要強(qiáng)調(diào)跟隨性3、 程序控制系統(tǒng)：輸入信號是已知，預(yù)先設(shè)定好的時間函數(shù)2. 線性定常離散控制系統(tǒng)信號于時間上為離散值3. 非線性控制系統(tǒng)系統(tǒng)中只要有一個元部件是非線性的，這類系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。系統(tǒng)性能衡量指標(biāo)：快：快速性，由于系統(tǒng)的對象和元件通常具有一定的慣性，系統(tǒng)必然由原先的平衡狀態(tài)經(jīng)過一段時間才過渡到另一個新的平衡狀態(tài)，過

13、渡過程時間越短越好穩(wěn)：穩(wěn)定性，穩(wěn)定性是指系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，任何一個正常工作的系統(tǒng)首先必須是穩(wěn)定的。準(zhǔn)：準(zhǔn)確性，當(dāng)過渡過程結(jié)束后，系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與期望值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。三者相互制約拉氏變換性質(zhì)：1、 F（s）與定義在0到正無窮的時間區(qū)間上的時域函數(shù)f（t）存在著一一對應(yīng)的關(guān)系2、線性性質(zhì)3、4、傳遞函數(shù)：把初始條件為零時的輸出與輸入拉氏變換之比為稱為傳函。即輸出的拉氏變換等于輸入的拉氏與傳函之積。傳遞函數(shù)性質(zhì)：1、是系統(tǒng)本身的一種屬性，只取決于系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，與輸入量輸出量大小無關(guān)，且傳遞函數(shù)只反映系統(tǒng)的動態(tài)特性，而不反映系統(tǒng)物理性能上的差異，只

14、要動態(tài)特性相同，傳遞函數(shù)就相同2、傳遞函數(shù)G（s）的拉式反變換是單位脈沖響應(yīng)g（t）3、服從不同物理規(guī)律的系統(tǒng)可以有同樣的傳遞函數(shù)（前例，輸入輸出電壓，位移、力大?。﹤鬟f函數(shù)僅僅表示的是輸入輸出特性4、 只能用于線性定常系統(tǒng)5、 確定的傳遞函數(shù)與確定的零極點(diǎn)分布相對應(yīng)。6、 分母的多項(xiàng)式記為特征多項(xiàng)式典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)有：比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)和延遲環(huán)節(jié)等。1、比例環(huán)節(jié)（放大環(huán)節(jié)）時域：y（t）=K r（t）復(fù)域：Y（S）=K R（S）G（S）=K電阻2、 慣性環(huán)節(jié)電感由0電流時輸入電流3、 積分環(huán)節(jié)電感由一定電流時放入零電流環(huán)境4、系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（方框圖）將各框連接起來構(gòu)成的，用“”表示信號傳遞的方向，用框表示環(huán)節(jié)，框內(nèi)標(biāo)明傳遞函數(shù)?；啠簳r域分析法：將系統(tǒng)的微分方程或傳函直接求解出在某種典型