《网络控制系统分析与设计》仿真程序.doc

《网络控制系统分析与设计》
附录 仿真程序
A：仿真实例1程序源代码

1传感器节点初始化函数
function sensor_init

%初始化内核模块
ttInitKernel(1,0,'prioFP')%1个输入，0个输出，固定优先级

%创建传感器任务
data.y=0;
offset=0;
period=.010;
prio=1;
ttCreatePeriodicTask('sens_task',offset,period,prio,'senscode',data);%由senscode函数实现

%初始化网络
ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvSensor');
ttInitNetwork(3,'nw_handler'); %在网络中的节点号为3

2传感器节点任务代码
function [exectime,data]=senscode(seg,data)
switch seg,
case 1,
data.y=ttAnalogIn(1);
exectime=0;
case 2,
ttSendMsg(4,data.y,10);
exectime=.001;%若exectime=0,无时延
case 3,
exectime=-1; %结束
end

3 PID控制器节点初始化
function controller_init

%初始化内核模块
ttInitKernel(1,0,'prioFP'); %1个输入，0个输出，固定优先级

h=0.010;%采样时间
Kp=1000%比例增益
Ki=1;%积分增益
Kd=42;%微分增益

%PID控制部分
data.u=0.0;
data.Kp=Kp;
data.Ki=Ki;
data.Kd=Kd;
data.Dold=0.0;
data.yold=0.0;
data.Eold=0.0;

%创建控制器任务
deadline=h;
prio=2;
ttCreateTask('pid_task',deadline,prio,'ctrlcode',data);%由ctrlcode函数实现PID控制

%初始化网络
ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvCtrl');
ttInitNetwork(4,'nw_handler');%网络节点号为4

4 PID控制器节点任务代码
function [exectime,data]=ctrlcode(seg,data)
switch seg,
case 1,
%PID控制算法
y=ttGetMsg;
r=ttAnalogIn(1);
h=0.01;%采样周期
P=data.Kp*(r-y);
I=data.Dold+(r-y)*h;
D=(r-y-data.Eold)/h;
data.u=P+data.Ki*I+data.Kd*D;
data.Dold=I;
data.yold=y;
data.Eold=r-y;
exectime=0.001; %若exectime=0,无时延
case 2,
ttSendMsg(2,data.u,10);
exectime=-1;
end

5 执行器节点初始化
function actuator_init

%初始化内核模块
ttInitKernel(0,1,'prioFP'); %1个输入，0个输出，固定优先级

%创建执行器任务
deadline=100;
prio=1;
ttCreateTask('act_task',deadline,prio,'actcode');

%初始化网络
ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvActuator');
ttInitNetwork(2,'nw_handler');%网络节点号为2

6 执行器节点任务代码
function [exectime,data]=actcode(seg,data)
switch seg,
case 1,
data.u=ttGetMsg;%获取数据
exectime=.001%若 exectime＝0，则无时延
case 2,
ttAnalogOut(1,data.u);%将数据发送出去
exectime=-1;
end

7 干扰节点初始化
function interference_init

%初始化内核模块
ttInitKernel(0,0,'prioFP') %1个输入，0个输出，固定优先级

%创建周期性任务
offset=0;
period=.001;
prio=1;
ttCreatePeriodicTask('interf_task',offset,period,prio,'interfcode');

%初始化网络
ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvInterf');
ttInitNetwork(1,'nw_handler');%节点号为1

8干扰节点任务代码
function [exectime,data]=interfcode(seg,data)

BWshare=0.0;
if(rand(1)<BWshare)
ttSendMsg(1,1,10);
end
exectime=-1;
B：仿真实例2程序源代码

1传感器节点初始化函数
function sensor_init

%初始化内核模块
ttInitKernel(1,0,'prioFP')%1个输入，0个输出，固定优先级

%创建传感器任务
data.y=0;
offset=0;
period=.010;
prio=1;
ttCreatePeriodicTask('sens_task',offset,period,prio,'senscode',data);%由senscode函数实现

%初始化网络
ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvSensor');
ttInitNetwork(3,'nw_handler'); %在网络中的节点号为3

2传感器节点任务代码
function [exectime,data]=senscode(seg,data)
switch seg,
case 1,
data.y=ttAnalogIn(1);
exectime=0;
case 2,
ttSendMsg(4,data.y,10);
exectime=.001;%若exectime=0,无时延
case 3,
exectime=-1; %结束
end

3 执行器节点初始化
function actuator_init

%初始化内核模块
ttInitKernel(0,1,'prioFP'); %1个输入，0个输出，固定优先级

%创建执行器任务
deadline=100;
prio=1;
ttCreateTask('act_task',deadline,prio,'actcode');

%初始化网络
ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvActuator');
ttInitNetwork(2,'nw_handler');%网络节点号为2

4 执行器节点任务代码
function [exectime,data]=actcode(seg,data)
switch seg,
case 1,
data.u=ttGetMsg;%获取数据
exectime=.001%若 exectime＝0，则无时延
case 2,
ttAnalogOut(1,data.u);%将数据发送出去
exectime=-1;
end

5 干扰节点初始化
function interference_init

%初始化内核模块
ttInitKernel(0,0,'prioFP') %1个输入，0个输出，固定优先级

%创建周期性任务
offset=0;
period=.001;
prio=1;
ttCreatePeriodicTask('interf_task',offset,period,prio,'interfcode');

%初始化网络
ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvInterf');
ttInitNetwork(1,'nw_handler');%节点号为1

6干扰节点任务代码
function [exectime,data]=interfcode(seg,data)

BWshare=0.0;
if(rand(1)<BWshare)
ttSendMsg(1,1,10);
end
exectime=-1;

7模糊PID控制器节点初始化
function controller_init
ttInitKernel(1,0,'prioFP');

h=0.010;%采样时间
Kp=150;　%.比例增益
Ki=87;　　%积分增益
Kd=17;　　%微分增益

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
a=newfis('fuzzpid');

k_p=10;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%论域的比例系数
k_i=10;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
k_d=1;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

a=addvar(a,'input','e',[-3,3]); %误差e,为模糊控制器的输入
a=addmf(a,'input',1,'NB','zmf',[-3,-1]);
a=addmf(a,'input',1,'NM','trimf',[-3,-2,0]);
a=addmf(a,'input',1,'NS','trimf',[-3,-1,1]);
a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-2,0,2]);
a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[-1,1,3]);
a=addmf(a,'input',1,'PM','trimf',[0,2,3]);
a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',[1,3]);

a=addvar(a,'input','ec',[-3,3]); %误差加速度ec，为模糊控制器的输入
a=addmf(a,'input',2,'NB','zmf',[-3,-1]);
a=addmf(a,'input',2,'NM','trimf',[-3,-2,0]);
a=addmf(a,'input',2,'NS','trimf',[-3,-1,1]);
a=addmf(a,'input',2,'Z','trimf',[-2,0,2]);
a=addmf(a,'input',2,'PS','trimf',[-1,1,3]);
a=addmf(a,'input',2,'PM','trimf',[0,2,3]);
a=addmf(a,'input',2,'PB','smf',[1,3]);

a=addvar(a,'output','kp',k_p*[-3,3]); %kp比例增益，为模糊控制器的输出
a=addmf(a,'output',1,'NB','zmf',k_p*[-3,-1]);
a=addmf(a,'output',1,'NM','trimf',k_p*[-3,-2,-1]);
a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',k_p*[-2,-1,0]);
a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',k_p*[-1,0,1]);
a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',k_p*[0,1,2]);
a=addmf(a,'output',1,'PM','trimf',k_p*[1,2,3]);
a=addmf(a,'output',1,'PB','smf',k_p*[1,3]);

a=addvar(a,'output','ki',k_i*[-3,3]); % ki积分增益，为模糊控制器的输出
a=addmf(a,'output',2,'NB','zmf',k_i*[-3,-1]);
a=addmf(a,'output',2,'NM','trimf',k_i*[-3,-2,-1]);
a=addmf(a,'output',2,'NS','trimf',k_i*[-2,-1,0]);
a=addmf(a,'output',2,'Z','trimf',k_i*[-1,0,1]);
a=addmf(a,'output',2,'PS','trimf',k_i*[0,1,2]);
a=addmf(a,'output',2,'PM','trimf',k_i*[1,2,3]);
a=addmf(a,'output',2,'PB','smf',k_i*[1,3]);

a=addvar(a,'output','kd',k_d*[-3,3]); % kd微分增益，为模糊控制器的输出
a=addmf(a,'output',3,'NB','zmf',k_d*[-3,-1]);
a=addmf(a,'output',3,'NM','trimf',k_d*[-3,-2,-1]);
a=addmf(a,'output',3,'NS','trimf',k_d*[-2,-1,0]);
a=addmf(a,'output',3,'Z','trimf',k_d*[-1,0,1]);
a=addmf(a,'output',3,'PS','trimf',k_d*[0,1,2]);
a=addmf(a,'output',3,'PM','trimf',k_d*[1,2,3]);
a=addmf(a,'output',3,'PB','smf',k_d*[1,3]);

rulelist=[ 1 1 1 7 3 1 1 %模糊规则表，共49条规则
1 2 1 7 5 1 1;
1 3 2 6 7 1 1;
1 4 2 6 7 1 1;
1 5 3 5 7 1 1;
1 6 4 4 6 1 1;
1 7 4 4 3 1 1;

2 1 1 7 3 1 1;
2 2 1 7 5 1 1;
2 3 2 6 7 1 1;
2 4 3 5 6 1 1;
2 5 3 5 6 1 1;
2 6 4 4 5 1 1;
2 7 5 4 4 1 1;

3 1 2 7 4 1 1;
3 2 2 6 5 1 1;
3 3 2 5 6 1 1;
3 4 3 5 6 1 1;
3 5 4 4 5 1 1;
3 6 5 3 5 1 1;
3 7 5 3 4 1 1;

4 1 2 6 4 1 1;
4 2 2 6 5 1 1;
4 3 3 5 5 1 1;
4 4 4 4 5 1 1;
4 5 5 3 5 1 1;
4 6 6 2 5 1 1;
4 7 6 2 4 1 1;

5 1 3 6 4 1 1;
5 2 3 5 4 1 1;
5 3 4 4 4 1 1;
5 4 5 3 4 1 1;
5 5 5 3 4 1 1;
5 6 6 2 4 1 1;
5 7 6 1 4 1 1;

6 1 3 4 1 1 1;
6 2 4 4 3 1 1;
6 3 5 3 3 1 1;
6 4 6 3 3 1 1;
6 5 6 2 3 1 1;
6 6 6 1 3 1 1;
6 7 7 1 1 1 1;

7 1 4 4 1 1 1;
7 2 4 4 2 1 1;
7 3 6 3 2 1 1;
7 4 6 2 2 1 1;
7 5 6 2 3 1 1;
7 6 7 1 3 1 1;
7 7 7 1 1 1 1];

a=addrule(a,rulelist);
a=setfis(a,'DefuzzMethod','centroid'); %%解模糊方法采用重心法
writefis(a,'fuzzpid');
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

data.u=0.0;
data.Kp=Kp;
data.Ki=Ki;
data.Kd=Kd;

data.Dold=0.0;
data.yold=0.0;
data.Eold=0.0;
deadline=h;
prio=2;
ttCreateTask('pid_task',deadline,prio,'ctrlcode',data);

ttCreateInterruptHandler('nw_handler',prio,'msgRcvCtrl');
ttInitNetwork(4,'nw_handler');

8 模糊PID控制器节点任务代码
function [exectime,data]=ctrlcode(seg,data)

switch seg,
case 1,
y=ttGetMsg;
r=ttAnalogIn(1);
h=0.01;%采样时间
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Kp=150;
Ki=87;
Kd=17;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
a=readfis('fuzzpid');
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
error=r-y;
D=(error-data.Eold)/h;
k_pid=evalfis([error,D],a)；
data.Kp=Kp+k_pid(1);
data.Ki=Ki+k_pid(2);
data.Kd=Kd+k_pid(3);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
P=data.Kp*error;
I=data.Dold+error*h;
D=(error-data.Eold)/h;
data.u=P+data.Ki*I+data.Kd*D;
data.Dold=I;
data.yold=y;
data.Eold=error;

exectime=0.001;
case 2,
ttSendMsg(2,data.u,10);
exectime=-1;
end