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以太网基于工业以太环网制约系统关键技术要求

收藏本文 2024-04-13 点赞:6019 浏览:16953 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着网络技术、计算机技术的迅猛进展和制约系统规模的日益扩大,本世纪的制约系统将以网络为特点。网络制约系统NCS(Networked Control Systems,NCS),是指执行器、传感器、制约器通过网络构成的闭环反馈制约系统,它集制约技术和通信网络于一体,与传统的制约系统相比,具有配置灵活性强和可远程监测、高可靠性、安装与维护简便、系统成本低和信息资源能共享等诸多优点。它可以运用于几乎任何带有制约器的分布设备需要进行数据交换的场合,体现了制约系统向集成化、分布化、网络化、节点智能化的进展走势。在网络制约系统中,工业以太环网比其他拓扑结构的工业以太网具有连接线数少、成本低、易于扩展维护的特点。目前对基于工业以太环网的网络制约系统还缺乏系统的探讨,有很多不足有待解决。由于网络的引入和信道的共用,不可避开带来了许多不足:如网络拥塞、网络传输时滞、数据丢包、时钟异步等等。这些不足的有着,不但会降低网络制约系统的性能,甚至导致系统的不稳定,以而使得对基于工业以太环网的分布式运动制约系统的浅析和设计变得异常复杂。为了解决以上不足,论文探讨了基于工业以太环网的网络制约系统的通信协议,实现了工业以太环网的MAC层通信协议,所实现的工业以太环网的通信协议既能接收和发送工业以太环网的专用帧,也能接收和发送传统以太网的帧,可实现工业制约网络与企业信息网络的无缝连接,形成企业级管控一体化的全开放网络,保证工业以太环网的实时性。本论文对工业以太环网的信息调度算法、可调度浅析和帧的丢失率做了深入探讨,提出并证明了工业以太环网在所有帧同一时间释放的条件下,工业以太环网最低松弛度优先的信息调度算法是最优的信息调度算法的定理,仿真表明,工业以太环网最低松弛度优先的信息调度算法较Rate Monotonic(RM)及Earpest Deadpne First(EDF)算法的丢包率低。论文论证了工业以太环网帧的可调度充分条件和周期帧的可调度充分条件的定理,在此基础上,探讨了工业以太环网帧的丢失率有着上界的情况。论文采取根据状态转移矩阵的每列模的大小来判定线性时变离散随机系统稳定和渐进稳定的情况,该判据不但简便,而且适用范围广,对于任何线性时变离散系统都适用。将工业以太环网的丢包作为随机事件,并运用该判据探讨了基于工业以太环网的网络制约系统的稳定和渐进稳定性的不足,用MATLAB仿真基于工业以太环网的网络制约系统的稳定和渐进稳定情况。随着网络制约系统规模的扩大和分布式制约技术的进展,通过网络互联的各个分布制约节点之间的时间同步变得越来越重要,时间同步的目的就是将时间基准准确地传递到各个制约节点。虽然2002年出现的IEEE1588标准(网络化测量和制约系统的精确时钟同步协议,通常称为Precision Time Protocol[PTP])及2008年出现的IEEE-2008版本,但出于成本考虑,普通节点的时钟振荡器还是以石英晶体振荡器为主,节点内部时钟的时间误差不可避开。论文将时间误差作为一个随机历程加以考虑,探讨了基于时间误差的网络制约系统稳定、渐近稳定的情况。论文针对工业以太环网的通信协议、调度算法、可调度浅析、丢包率和基于工业以太环网的网络制约系统的稳定性做了深入的探讨,对基于工业以太环网的网络制约系统的探讨具有重要论述价值及实践指导作用。关键词:嵌入式系统论文调度算法论文网络制约系统论文运动制约论文以太网论文丢包率论文时间误差论文

    摘要5-7

    ABSTRACT7-11

    主要符号表11-13

    第一章 绪论13-29

    1.1 制约系统的进展13

    1.2 基于工业以太网的网络制约系统13-18

    1.2.1 以太网的技术优势14

    1.2.2 工业以太网的拓扑结构14-15

    1.2.3 基于工业以太网的网络制约系统有着的不足15-18

    1.3 工业以太网实时论述国内外探讨近况18-26

    1.3.1 在TCP(UDP)/IP之上添加数据传输的实时调度层18-19

    1.3.2 数据链路层添加实时调度层的方式19-23

    1.3.3 直接修改以太网MAC层的CA/CD通信协议23-24

    1.3.4 采取以太网MAC层的全双工通信协议和数据链路层,对数据帧分区利用24-25

    1.3.5 直接修改以太网MAC层的全双工通信协议25-26

    1.4 课题的探讨背景及作用26-27

    1.5 本论文的主要探讨内容和革新点27-29

    1.5.1 本论文的主要探讨内容27

    1.5.2 本论新点27-29

    第二章 基于工业以太环网的网络制约系统通信协议探讨和实现29-50

    2.1 基于工业以太环网的网络制约系统29-30

    2.2 工业以太环网通信协议结构30-36

    2.2.1 物理层31-32

    2.2.2 数据链路层32-36

    2.2.3 网络层36

    2.2.4 传输层36

    2.3 实现工业以太环网MAC层通讯协议的基本硬件36-37

    2.4 描述传统以太网的MAC层的HDL代码37-41

    2.4.1 eth_txethmac模块38

    2.4.2 eth_rxethmac接收模块38

    2.4.3 eth_maccontrol制约模块38-40

    2.4.4 eth_miim模块40

    2.4.5 eth_registers模块40

    2.4.6 Avalon接口模块40-41

    2.5 描述工业以太环网的MAC层HDL代码实现41-46

    2.5.1 cweth_rxethmac接收模块42

    2.5.2 ccweth_rxethmac接收模块42-43

    2.5.3 Avalon接口模块43

    2.5.4 cweth_maccontrol制约模块43-44

    2.5.5 ccweth_maccontrol制约模块44-45

    2.5.6 cweth_txethmac发送模块45

    2.5.7 ccweth_txethmac发送模块45

    2.5.8 eth_miim模块45

    2.5.9 eth_registers模块45-46

    2.6 HDL文件的IP核封装46

    2.7 数据通信的仿真验证46-49

    2.8 结论49-50

    第三章 工业以太环网的最优信息调度算法以及可调度浅析50-92

    3.1 工业以太环网的信息调度算法以及可调度浅析的探讨作用50-51

    3.2 工业以太环网最低松弛度优先IERN-LLF算法51-59

    3.3 工业以太环网的信息可调度的充分定理59-70

    3.4 工业以太环网的帧的丢失率70-77

    3.5 仿真实验77-91

    3.5.1 信息调度算法的仿真实验77-85

    3.5.2 基于工业以太环网的数控加工仿真实验85-91

    3.6 结论91-92

    第四章 工业以太环网的丢包率对网络制约系统稳定性的影响92-106

    4.1. 基于工业以太环网的网络制约系统的丢包率93-95

    4.2 线性时变随机系统的稳定性浅析95-100

    4.3 基于工业以太环网的丢包率的网络制约系统的稳定性浅析100-105

    4.4 结论105-106

    第五章 基于时间误差的网络制约系统的稳定性浅析106-117

    5.1 工业以太环网节点的时间误差的概率分布106-110

    5.2 随机微分系统的稳定性浅析110-113

    5.3 基于时间误差的网络制约系统的稳定性浅析113-114

    5.4 仿真实例114-116

    5.5 结论116-117

    结论与展望117-119

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