基于NS3和MATLAB的网络化控制系统协同仿真平台设计

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伴随着控制和通信技术的不断革新,网络化控制系统已经成为控制领域的研究热点之一,通过仿真软件进行算法验证逐渐成为网络化控制系统研究的重要环节。然而网络化控制系统是结合网络通信和控制两大特征的系统,传统的网络化控制系统仿真工具对这类结合交叉领域的系统无法进行有效地精确仿真,这就需要不同领域的仿真软件之间建立纽带,使不同的工具一起协同工作,各自负责系统中各自专长的部分。因此,设计并开发网络化控制系统协同仿真平台具有相当重要的现实意义。本文深入分析了通信网络与控制系统仿真软件的特性,基于网络化控制系统仿真平台的研究现状,选取了两种普遍使用的仿真软件,分别是能够胜任物理仿真器的MATLAB,以及在网络通信领域近年来快速发展的NS3作为网络仿真器,构建了一种新型的网络化控制系统仿真平台。本文的主要工作如下:(1)设计了协同仿真平台的总体方案,确定了仿真平台依赖的各软件模块与协同仿真架构的主导方式。以此设计了一个合适的系统架构,在该架构下两个软件能够互相通信,同时也实现了单仿真器内部各模块之间的通信。(2)设计了仿真平台软件系统的时间同步方案。针对两种仿真软件间需要进行时间同步的问题,根据仿真器驱动方式的不同和仿真目标的不同对两种可行的同步方式予以实施,分别为控制器时间驱动采用的主从式时间同步方式,以及控制器事件驱动采用的基于控制器事件的全局驱动式同步方式。(3)设计了仿真平台软件系统的底层模块实现方案。针对部分模块予以改进并设计了新的模块,例如两种不同仿真器的时间控制模块。并使用MATLAB GUI套件开发了仿真平台交互界面以及将可视化功能加入系统。(4)通过使用该网络化控制系统协同仿真平台,对两种控制系统的主动补偿方案进行测试。仿真结果验证了主动补偿方案的有效性,以及仿真平台具有较好的可靠性与稳定性,符合仿真平台设计的基本要求。最后,对本文的工作进行分析与总结,指出了仿真平台在设计方面的优点与不足,并展望了未来的研究方向。
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