无线网络控制系统的建模与仿真研究

摘要：主要针对无线网络控制系统的仿真技术进行了研究，通过在Simulink环境下设计电机数学模型，采用微分先行数字PID控制器设计方法，结合TrueTime实时仿真工具箱建立无线网络环境下电机实时控制系统模型，通过仿真对路径损耗以及节点物理位置对于无线网络控制系统性能的影响进行了分析。

关键词：无线网络；节点物理位置；路径损耗；TrueTime

中图分类号：TP273文献标识码：A

Modeling and Simulation for Wireless Networked Control System

Abstract:The simulation technology of wireless networked control system is studied mainly. With the mathematical model of motor, using the differential-first digital PID method and the TrueTime toolbox, based on Simulink, a model of the control system is established. By simulating model, analysis the effects of the path loss and the physical location of the node on the performance of wireless networked control system.

Keywords:wireless networked control system; physical location of the node; path loss; TrueTime

1 引言

随着无线技术的迅速发展，无线网络技术日益成熟，使得基于无线的网络控制系统应用成为可能。网络控制系统采用无线作为传输媒介有着有线网络控制系统无法比拟的优势。由于无线网络控制系统的这些特点，使其非常适合被应用于高温特殊环境，和远程控制等复杂的工业控制领域。在兵器系统、机器人工业、航空及航天领域无线网络控制系统也极具应用潜力。

但将无线引入到网络控制系统中并不是一件非常容易的事。无线射频信号的传输具有路径损耗、多径衰减以及同信道干扰等特点，因此最终信号的接收情况不可避免地受到噪声、物理屏障、多普勒频移、节点移动、环境变化以及传输功率等众多因素的影响。以上诸多问题的存在使得以往在有线网络控制系统研究中得到的很多分析和研究方法在无线环境下不再适用。

无线网络控制系统的特点是可以通过发射功率的调整来调节信号覆盖范围，只要两个互发数据的节点刚好在对方信号覆盖范围内就可以传输数据。所以存在这么一种情况，两对互发数据的无线节点，即使它们运用同一频段传输数据，只要一组传输单元的信号没有覆盖到另一组传输单元内任意一个节点，他们就可以同时传输数据，而互不干扰，如图1所示。实际上这样的情况就可以当作两个独立的无线系统来分析研究。

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