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摘 要

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摘 要

无线反馈控制系统是控制技术与无线网络通讯信技术的跨界结合。它具有模块化、灵活性强和维护费用低的特点，因而备受关注并得到日益广泛的应用。系统使用无线信道保证控制器、执行器和传感器间的交流。但是由于信道性能有限和存在噪声影响，无线信道中的数据包丢失等问题不可避免，使无线反馈控制系统的性能变差。本文研究采用信道编码技术降低无线传输中数据包丢失率，以此提高无线反馈控制系统性能。

本文首先讨论了信道编码技术方法，初步分析了信道编码特性，再通过信道编码仿真，得到在可变信道条件下采用不同信道编码的数据包丢失率。在对温度控制系统和直流电机速度控制系统建模的基础上，通过在测量反馈、控制输出环节增加采样保持、信号切换模块，模拟无线信道数据包丢失，并仿真不同条件下无线反馈控制系统的控制过程。通过分析仿真结果，得到信道编码技术对无线反馈控制系统性能的影响。最后，对本文工作进行总结。

关键词：无线通讯；控制系统；信道编码

Abstract

The development of wireless network communication technology and control system promote wireless feedback control system. This system is increasingly used in industrial applications with its flexibility, modularity and low maintenance costs. The wireless feedback control system relies on wireless communication network to connect the controller and the controlled object to form a closed loop. The controlled input signal and the system output signal of the plant are transmitted between the controller and the plant through the wireless channel. However, in the cause of channel noise, there are problems such as packet loss in the wireless channel, which reduces the performance of the wireless feedback control system. For the reason of improving the performance of wireless feedback control system, this paper is to study the coding technology to reduce the packet loss rate.

In this thesis, we focus on channel coding technique and its features. Through the channel coding simulation, obtained in the variable channel conditions using different channel coding packet loss rate. What’s more, the controller of the temperature control system and the DC motor speed control system is modeled and simulated. And then simulate the above two combined wireless feedback control system. By analyzing the simulation results of the wireless feedback control system, the influence of coding technology on performance in different systems is obtained.

KEY WORDS: wireless communication; control system; channel coding

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪 论 1

1.1 选题背景 1

1.2 无线反馈控制系统概述 1

1.3 研究现状 2

1.4 内容与安排 3

第二章 编码理论 5

2.1 概述 5

2.2 信道编码 5

2.2.1 预备知识 5

2.2.2 卷积码 6

2.2.3 线性分组码 11

2.2.4 汉明码（Hamming Code） 11

2.2.5 循环冗余校验编码（CRC码） 12

第三章 编码技术仿真 14

3.1 仿真背景介绍 14

3.2 CRC码仿真 15

3.3 卷积码仿真 15

3.4 汉明码仿真 16

第四章 无线控制系统建模 18

4.1 温度控制系统 18

4.2 直流电机调速系统 20

第五章 控制仿真 23

5.1 仿真系统介绍 23

5.2 无线反馈温度控制系统 23

5.2.1 接收端处理策略系统仿真 24

5.2.2 传感器引入噪声系统仿真 25

5.3 无线反馈直流电机速度控制系统 26

5.3.1 接收端处理策略系统仿真 26

5.3.2 不同信道编码技术系统仿真 28

5.3.3 系统双闭环性能仿真 29

第六章 结论 31

致 谢 32

参考文献 33

绪 论

选题背景

计算机通讯技术的快速发展使得控制系统向网络化、智能化发展，网络控制系统 (Networked Control Systems, 简记为：NCS)成为可能。该系统使用公用或者专用的通讯网络构成控制回路，取代传统控制系统集成式的结构。无线反馈控制系统具有灵活性、模块化和维护费用低的特点^[1]。

无线通信技术的发展促进了无线反馈控制系统的发展。无线反馈控制系统依靠无线网络连接控制系统中的回路，能够使控制系统更好地适应各种外界条件，可以在更大程度上保障恶劣环境中的生产生活需要。无线通信标准的成熟也使无线反馈控制系统能够应用在更多的场合，例如远程医疗、智能交通、航空航天以及国防等^[2]。

无线通讯网络是无线反馈控制系统的特点所在，对系统的意义十分重大。本课题旨在研究无线通讯系统中编码技术与无限反馈控制系统性能之间的关系。

无线反馈控制系统概述

无线反馈控制系统可以被分成控制部分和通讯部分。控制部分主要有控制器，执行器和传感器；通讯部分主要有编码解码器、调制解调器、无线发送接收装置和无线信道。控制信息由控制器经无线通讯交由执行器。系统到的输出或状态信息（或两者皆有）由传感器经无线通讯交由控制器。

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