基于互联网的控制系统

内容简介

   本书是一本专门研究基于互联网的控制系统设计与应用的学术专著，书中主要针对工业界对使用互联网进行实时交互和远程监督与控制的需求，以及将互联网技术引入控制系统所带来的诸多技术难题和挑战，系统地阐述由作者提出的用于处理基于互联网的控制系统设计方法和研究成果。本书融合了计算机科学和控制工程两大学科领域，引申出一个交叉性、综合性的互联网控制研究新方向。书中论述的内容都是作者提出或者直接参与设计的，其中的研究成果都是已经由工业界实际验证并得到认可的，能够为该技术用于解决实际工程问题提供技术支持和保障。

目录

第1章引言1<br>
1.1网络控制系统1<br>
1.2基于互联网的控制系统2<br>
1.3NCS/ICS的挑战3<br>
1.4本书的目的4<br>
参考文献4<br>
第2章基于互联网的控制系统需求分析5<br>
2.1引言5<br>
2.2需求分析5<br>
2.3基于互联网的控制系统功能模型7<br>
2.4信息系统框架9<br>
2.5信息系统框架可能的实现形式11<br>
2.6小结12<br>
参考文献12<br>
第3章基于互联网的控制系统结构设计14<br>
3.1引言14<br>
3.2传统的双向远程操作系统14<br>
3.3基于互联网的远程控制17<br>
3.4基于互联网的控制系统规范结构20<br>
<br>
3.5小结22<br>
参考文献22<br>
第4章基于Web的用户界面设计23<br>
4.1基于Web的用户界面特点23<br>
4.2多媒体用户界面设计23<br>
4.3应用实例25<br>
4.3.1系统结构25<br>
4.3.2设计原则26<br>
4.3.3系统实现27<br>
4.4小结28<br>
参考文献28<br>
第5章基于互联网的实时数据传输30<br>
5.1实时数据处理30<br>
5.1.1实时数据传输的特点30<br>
5.1.2小型和大型数据31<br>
5.2基于XML的数据封装33<br>
5.2.1结构映射33<br>
5.2.2数据映射34<br>
5.3实时数据传输机制35<br>
5.3.1基于RMI的数据传输结构35<br>
5.3.2数据对象优先级36<br>
5.4应用实例38<br>
5.4.1系统描述38<br>
5.4.2数据传输的优先级39<br>
5.4.3系统实现40<br>
5.4.4仿真结果及分析41<br>
5.4.5基于RMI数据传输的优点43<br>
5.5小结43<br>
参考文献44<br>
第6章从网络角度处理网络传输延迟和数据丢失45<br>
6.1基于互联网的控制对网络基础架构的要求45<br>
6.2互联网通信的特点46<br>
6.3TCP和UDP的对比分析47<br>
6.4面向基于互联网控制的网络基础架构48<br>
6.4.1实时控制协议49<br>
6.4.2服务质量管理和时间同步50<br>
6.5基于互联网的控制系统典型实现51<br>
6.5.1实验设置51<br>
6.5.2系统实现53<br>
6.6小结55<br>
参考文献56<br>
<br>
第7章从控制的角度处理网络传输延迟和数据的丢失57<br>
7.1克服网络传输延迟57<br>
7.2操作员位于远程的控制结构58<br>
7.3带可变采样周期的基于互联网的控制59<br>
7.4多速率控制60<br>
7.4.1过程控制中的双层结构60<br>
7.4.2多速率控制61<br>
7.5时滞补偿器设计63<br>
7.5.1反馈通道的补偿64<br>
7.5.2前馈通道的补偿65<br>
7.6仿真研究66<br>
7.6.1多速率控制方案的仿真66<br>
7.6.2采样周期为变量的时滞补偿器仿真67<br>
7.7实验研究73<br>
7.7.1虚拟监督参数控制73<br>
7.7.2双速率控制的时延补偿77<br>
7.8小结82<br>
参考文献82<br>
第8章基于互联网的多速率SISO控制系统设计84<br>
8.1引言84<br>
8.2离散时间的多速率控制方案85<br>
8.3设计方法86<br>
8.4稳定性分析88<br>
<br>
8.5仿真研究89<br>
8.6实时应

摘要与插图

译者序
　　本书原著由英国拉夫堡大学（Loughborough University）教授杨双华（ShuangHua Yang）所著。该书是次专门研究基于互联网的控制系统的一本专著，近年来，互联网的发展是惊人的，也是时代发展的。互联网作为一种得到广泛普及的信息交互和数据传输载体，已经对当今社会产生了重大的影响，也涉及了工业界的各个领域。本书中主要针对工业界对使用互联网进行实时交互和远程监督与控制的需求，以及将互联网技术引入控制系统所带来的诸多技术难题和挑战，系统地阐述由作者提出的用于处理基于互联网的控制系统设计方法和研究成果。
本书融合了计算机科学和控制工程两大学科领域，引申出一个交叉性、综合性的互联网控制研究新方向，书中论述的内容都是作者提出或者直接参与设计的，其中的研究成果已经由工业界实际验证并得到认可、能够为该技术用于解决实际工程问题提供技术支持和保障。这是一本将理论和应用有效结合的专著，集作者多年潜心研究工作之大成，因此译者希望通过对该书的翻译，将书中的理论和技术应用成果奉献给国内计算机科学和控制工程领域的科研工作者和工程设计人员，以期使基于互联网的控制系统研究在国内得到更多的关注。
本书由辽宁石油化工大学曹江涛教授和沈阳航空航天大学姬晓飞博士主笔翻译，参加翻译工作的还有译者指导的2011级和2012级研究生们。在翻译过程中，原著作者杨双华教授给予很多的指导和帮助，他严谨的态度、渊博的学识和敏锐的思维都让译者受益匪浅。
在此，对以上各位在翻译本书过程中辛勤的付出表示心的感谢。另外，该书的翻译得到了国家自然科学基金项目（6120 3021）、辽宁省自然科学基金项目（2013020024）的资助，对此一并表示感谢。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　译者：曹江涛姬晓飞
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2014年2月
 
 
　　　　　　　　　　　　　　　　原著序言
　　　　　（此书献给我的爱妻丽丽和两位英俊的儿子Bob和James）
　　如今，互联网不仅在我们日常的生活和工作中起到重要的作用，而且在实时的工业制造、规划和管理等领域也同样发挥着重要的作用。在的十年间，人们通过开展大量的研究，开发了一种新的技术，我们称之为基于互联网的控制系统。该研究使人们通过互联网对工业过程进行监视和控制成为了可能。互联网的使用为工业界的实时交互和远程监视与控制带来诸多的益处。尽管这种方法看起来是可行的，但是将互联网引入控制系统也带来了许多新的挑战。传统的控制系统设计方法对新的系统并不适用。因此，需要重新考虑的设计问题包括说明需求、结构选择、用户界面设计、互联网延迟以及网络控制系统稳定性、安全性和保密性。比如，互联网传输延迟可以导致传输数据的混乱和数据丢失，甚至在情况下，会导致整个系统的不稳定。我们同样需要关注保密性问题。如果恶意的黑客获得对互联网控制系统的操作权，后果将是灾难性的。
本书主要研究基于互联网的控制系统。该系统可以使用互联网作为通信网络，通过一个集中放置的集线器，对放置在不同区域的传感器和执行器进行统一的监视和控制。本书旨在系统地阐述由作者提出的用于处理以上各类关于互联网控制系统设计的方法和研究成果。此外，本书还通过一些实际的应用实例，探讨了互联网控制的应用前景。书中提到的的研究成果多数都是作者提出或者直接参与设计的。这些成果既是对现存问题的新的解决方案，也是对互联网控制系统未来应用的展望。本书是目前的一本能够把多个研究方向，主要是计算机科学和控制工程领域，纳入一个总体研究主题