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1　绪论1

1.1　计算机网络概述1

1.2　工业自动化的发展及工业控制网络技术的产生8

1.3　控制网络与信息网络的区别11

1.4　控制网络的类型及其相互关系12

1.5　控制网络与信息网络的集成技术13

思考题14

2　网络通信基础与工业控制网络的体系结构15

2.1　网络通信基础知识15

2.1.1　数据通信15

2.1.2　数据编码技术18

2.1.3　数据的基带传输和频带传输25

2.1.4　数据交换技术27

2.1.5　传输介质29

2.1.6　信道共享31

2.1.7　差错控制技术39

2.2　计算机网络系统的OSI模型49

2.2.1　OSI参考模型的3个抽象层次49

2.2.2　模型层次划分的原则49

2.2.3　OSI参考模型的结构49

2.2.4　OSI参考模型中的基本概念50

2.2.5　OSI参考模型各层功能的划分52

2.3　现场总线控制网络的模型53

2.3.1　基金会现场总线通信模型53

2.3.2　LonWorks通信模型54

2.3.3　PROFIBUS通信模型54

2.3.4　HART通信模型54

2.3.5　CAN通信模型55

2.4　以太控制网络的模型55

2.4.1 IEEE 802模型与标准55

2.4.2　以太控制网络参考模型56

2.5　分布式网络控制技术56

2.5.1　分布式控制网络的结构57

2.5.2　分布式网络计算平台57

2.5.3　分布式控制网络技术要点59

思考题59

3　网络控制系统的数学模型61

3.1　网络控制系统的基本概念61

3.1.1　网络控制系统的定义61

3.1.2　网络控制系统的不足与需要解决的问题62

3.2　网络控制研究中存在的问题62

3.2.1　时变传输周期62

3.2.2　网络调度62

3.2.3　网络诱导时延63

3.2.4　单包传输和多包传输63

3.2.5　数据包的时序错乱63

3.2.6　数据包丢失63

3.2.7　节点的驱动方式63

3.2.8　时钟同步64

3.3　基于数据流程的网络控制系统模型64

3.4　网络控制系统数学模型的建立65

3.4.1　网络控制系统的复杂性分析65

3.4.2　网络控制系统的Razumikhin型时滞模型66

3.4.3　网络诱导时延的NCS离数建模67

3.4.4　时延小于一个采样周期时NCS的建模68

3.4.5　时延大于一个采样周期时NCS的建模71

思考题72

4　网络控制系统的能控性和能观性73

4.1　线性系统的能控性73

4.2　线性系统的能观性74

4.3　网络控制系统能控性和能观性分析74

思考题79

5　网络控制系统的稳定性分析80

5.1　概述80

5.2　稳定性的概念80

5.3　Razumikhin型定理81

5.4　不依赖于时滞的网络控制系统的稳定性82

5.5　时滞依赖的网络控制系统的稳定性84

5.6　长时滞网络控制系统的稳定性研究86

5.7　仿真实例88

小结89

思考题90

6　网络控制系统的设计91

6.1　概论91

6.2　网络控制系统的确定性控制理论91

6.2.1　确定性网络控制系统的时延变换控制92

6.2.2　确定性网络控制系统的状态预测控制93

6.2.3　网络控制系统状态观测器的设计94

6.2.4　具有状态观测器的网络控制系统性能分析95

6.3　最优随机控制的基本理论97

6.3.1　离散时间随机状态控制系统98

6.3.2　离散LQG完全状态信息情况98

6.3.3　离散LQG不完全状态信息情况99

6.4　基于在线时延估计的控制策略100

6.4.1　最优LQG控制100

6.4.2　在线时延评估方法101

6.4.3　平均时延窗口方法101

6.4.4　仿真实例102

6.5　随机输出反馈控制103

6.6　网络控制系统的随机最优输出反馈控制104

6.7　随机状态反馈控制105

6.8　仿真实例105

思考题106

7　工业控制网络技术与协议107

7.1　工业控制网络的基本概念107

7.2　现场总线技术概论107

7.3　典型现场总线技术112

7.3.1　基金会现场总线FF112

7.3.2　PROFIBUS113

7.3.3　CAN115

7.3.4　DeviceNet115

7.3.5　LonWorks117

7.3.6　ControlNet117

7.4　现场总线技术的局限性119

7.5　工业以太网技术概论119

7.5.1　以太网的优势119

7.5.2　以太网向现场控制层的延伸——工业以太网技术122

7.6　典型的工业以太网技术127

7.6.1　工业以太网技术的发展现状127

7.6.2　工业以太网的主要标准129

7.6.3　工业以太网技术的发展趋势与前景133

思考题135

8　具有工业以太网通信的变频器设计与实现136

8.1　问题的提出136

8.1.1　变频器及其网络通信技术发展简介136

8.1.2　具有工业以太网通信的变频器的提出137

8.2　基于数据分类的工业以太网138

8.2.1　拓扑结构138

8.2.2　数据分类138

8.2.3　控制算法139

8.2.4　网络设备139

8.3　网络变频器的TCP/IP通信140

8.3.1　DSP芯片TMS320F2812140

8.3.2　TCP/IP通信的硬件基础145

8.3.3　TCP/IP通信的软件设计146

8.3.4　专用测试与控制软件148

8.4　网络变频器控制系统测试149

8.4.1　网络变频器的PID环节简介149

8.4.2　双容水箱系统149

8.4.3　网络变频器PID反馈控制下的水箱实验150

8.4.4　网络变频器输出电流瞬态曲线157

思考题158

9　网络控制系统性能仿真试验研究159

9.1　引言159

9.2　典型控制网络协议比较研究159

9.2.1 以太网（CSMA/CD）159

9.2.2　令牌网（Token--Passing Bus）161

9.2.3　设备网（CAN Bus）163

9.2.4　3种控制网络的比较164

9.3　TrueTime仿真环境概述165

9.3.1　TrueTime工具箱结构与功能165

9.3.2　网络控制系统搭建步骤166

9.3.3　仿真说明167

9.3.4　小结170

9.4　网络控制系统的实时仿真研究170

9.4.1　在VC中实现实时的方法170

9.4.2　控制网络通信的网络延时分析170

9.4.3　基于MATLAB的网络控制系统仿真软件设计171

9.4.4　网络环境下实时控制双容水箱173

思考题174

参考文献175