Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technology for the Degree of Bachelor
近年来，随着无线通讯技术、嵌入式计算和智能传感器的高速发展，控制系
统通过无线网络来实现传感器、执行器和控制器之间信息传输，形成了无线网络
控制系统。无线网络控制系统具有构建及维护成本低、易于布设及故障诊断、扩
展性和灵活性强，并且能够在恶劣甚至无法布线的环境中工作等优点，但同时也
存在网络时延和丢包、通信中断、抗干扰性差、功率有限等问题，所以无线网络
控制系统现已成为控制领域的研究热点之一。
本文的主要工作是针对无线网络控制系统存在的网络能量问题，设计事件触
发机制以及功率控制任务的方式进行优化，减少网络中控制节点的能量消耗。并
利用 TrueTime 工具箱对设计的方案进行仿真，验证了本文所提出的控制方法的
有效性。另外，通过对工具箱内网络参数的调节，得到了在该控制方法下系统稳
定的临界网络参数。本文主要工作如下：
1. 使用 MATLAB 的 Simulink 以及 TrueTime 工具箱对具有节点能量限制和
丢包问题的无线网络控制系统建立特定的仿真模型。
2. 基于 PID 控制算法，对本文所建立系统的控制器进行设计，并同时在传
感器/执行器节点和控制器节点中执行添加功率控制任务，以达到让系统节点以
尽量小的发射功率进行数据发送，从而减少控制节点能量消耗的目的。
3. 对传感器采用事件触发机制，在满足系统稳定的前提下，减少传感器节点
发送数据的次数，达到减少系统能量损耗的目的。
4. 对本文所建立系统中的无线网络模块的网络传输速率和丢包率进行调节，
以确定在本文提出的控制方法下系统稳定的临界网络参数，验证本文提出的控制
方法的有效性。
Author(s): 李信炜
Publisher: 浙江工业大学
Year: 2020
Language: Chinese
City: 浙江
摘要 ...................................................................................................................................................I
ABSTRACT ......................................................................................................................................I
第 1 章 绪论 .................................................................................................................................. 1
1.1 课题研究背景及意义..................................................................................................... 1
1.1.1 无线网络控制系统的概念................................................................................. 1
1.1.2 无线网络控制系统存在的问题......................................................................... 2
1.1.3 本课题研究的内容及意义................................................................................. 3
1.2 研究现状 ........................................................................................................................ 3
1.2.1 无线网络控制系统的研究方向......................................................................... 3
1.2.2 无线网络控制系统基于 TrueTime 的仿真研究 ............................................... 4
1.2.3 基于事件触发机制的网络控制系统研究......................................................... 5
1.2.4 关于无线网络控制系统时延与丢包问题的研究 ............................................. 6
1.3 论文组织结构................................................................................................................. 7
1.4 本章小结 ........................................................................................................................ 8
第 2 章 基于 TrueTime 的无线网络控制系统设计与仿真 ........................................................ 9
2.1 TrueTime 工具箱简介 ...................................................................................................`9
2.2 系统建模 ...................................................................................................................... 11
2.2.1 系统描述 .......................................................................................................... 11
2.2.2 模型建立 .......................................................................................................... 12
2.3 基于 PID 控制器设计 .................................................................................................. 15
2.4 功率控制设计............................................................................................................... 15
2.5 基于事件触发的传感器设计....................................................................................... 17
2.6 本章小结 ...................................................................................................................... 18
第 3 章 仿真实验结果与分析..................................................................................................... 19
3.1 实验概况 ...................................................................................................................... 19
3.2 实验结果与分析........................................................................................................... 19
3.3 本章小结 ...................................................................................................................... 22
第 4 章 总结与展望..................................................................................................................... 23
4.1 总结 .............................................................................................................................. 23
4.2 未来展望 ...................................................................................................................... 24
参考文献 ........................................................................................................................................ 25
附录 ................................................................................................................................................ 27
