将通信网络引人控制系统，连接智能现场设备和自动化系统，实现了现场设备控制的分布化和网络化，同时也加强了现场控制和上层管理的联系。同时由于网络中的信息源很多，信息的传送要分时占用网络通信线路，而网络的承载能力和通信带宽有限，必然造成信息的冲撞、重传等现象的发生，使得信息在传输过程中不可避免地存在时延。目前国际上CAN总线的研究人员也提出了几种高层协议，但是这些协议都不兼备对网络灵活性和实时性的支持。本文以CAN总线为研究对象，对于网络闭环控制系统的设计提出了两点改善方案。
    一、CAN闭环网络控制系统
随着控制系统趋于复杂化，对于一个独立的闭环控制系统，受控对象和控制器一般都会分布在网络的不同部分，一个典型的CAN总线闭环网络控制系统如图1所示。
 

相对于传统的闭环控制系统，在设计闭环网络控制系统（NCS）时，需要考虑一个新的限制：通信网络的带宽限制，影响网络带宽的性能有四种因素：
1．    采样速率，各设备按此速率向网络发送信息；
2．    需要同步操作的元件数；
3．    信息的数据或报文长度；
4．    控制信息传输的协议。
    二、CAN网络的时域分析
    CAN协议转为短报文而优化，并使用报文优先权仲裁介质访问方法。具有较高优先权的报文在仲裁时总能得到介质的访问权，所以较高优先级报文的传输延时总可以被保证。与其他网络相比，CAN的主要缺点在于较低的数据速率。因为CAN网络为位同步总线。CAN的最大速率为1Mbps，同样限制了网络的最大长度。
    这里将用研究时域参数的方法描述CAN控制网络的延时情况。对于图1的NCS，控制系统的总时延为TdeIay，包括采样信号从传感器送出到控制输出信号到达执行器的延迟时间。具体可分为采样信号在发送缓冲中的延时TsampdeIayl，采样信号的传输延时Tseddelayl，采样信号在控制器接收缓冲中的延时TsampdeIay2，控制器的运算延时Tmcu，控制输出信号在控制器发送缓冲中的等待时间TcondeIayl，控制信号的传输延时TseddeIay2，控制信号在执行器的接收队列中的等待延时TCOndelay2。
    三、多率采样
    在对CAN总线闭环控制网络的时延进行分析后，要减少控制系统的时延应该首先尽量减少网络中的信息传递任务，其次，在网络带宽一定的前提下，均衡网路负载以提高网络带宽的利用率。
     四、动态时间窗
    为了均衡网络的负载提高网络利用率，结合CAN自身的特点，在一个CAN网络中，我们可以设定一个具有系统控制功能的节点，这里可以叫它为主节点（它区别于其它节点的是它的属性优先级最高），其它的叫从节点。我们设计一个网络系统，它包括：时间触发系统和事件触发系统。前者针对的是时间触发信息而后者针对的是事件触发信息。那么怎样去区分这两者呢?对于时间触发信息认为它是相对于自然界是一个同步系统；而事件触发信息定义它为相对于自然界是个异步系统。一般情况事件触发通信的效率要比时间触发效率高，但在考虑到最坏情况时，这种效率是无法估计的。由于事件触发相对于自然界是异步的，所以，当所有事件同时发生时，对它是个最坏情况。为了解决这种问题，往往需要足够多的资源（例如：通信带宽）。而对于时间触发通信，它往往相对于自然界是个同步过程，它可以在所要完成控制的环境下，提前决定时隙以控制最大轮回时间。它最重要的一个特点是我们可以根据网络上不同的信息流传输情况进行状态相关控制。可以对不同的信息流设置不同的状态，以使减少在同一时间等待发送的信息，这种状态相关控制会提高网络的利用率。
     五、仿真分析
    这里我们认为在一个系统中它的异步信息量趋于正态分布，在我们的仿真中设定每帧的发送时间为单位时间1。帧开头的时间为4单位时间，异步信息趋于正态分布n（40，16），随着总线时间窗长度的变化总线利用率也发生变化，我们将得到动态时间窗和静态时间窗（即异步窗和同步窗长度相等）的总线利用率。系统仿真结果如图4所示。从图中可看出：
     六、系统的实现
    基于CAN总线的系统实现：在该系统中，有一个主节点，它主要完成网络信息的调度，它被赋予最高优先级。再次，对于其他收发事件信息的节点赋予次高优先级，最后，给那些收发时间信息的节点赋予最低优先级。
主节点完成的功能：发送窗开始信息和QOS指针，这两个信息都是广播帧。当主节点发送窗开始信息时，所有节点都接收，这样就达到整个网络同步的效果。QOS信息不是每个系统窗都必须的，当事件信息在最大异步时间内能够完成发送，则QOS不发送；相反，当异步窗达到最大异步时间窗时，主节点就会发送QOS指针，所有节点都收到该信息，所有异步节点停止发送信息，此时同步接点才开始可以发送信息。
    七、结束语
    本文在系统讨论了基于CAN总线的闭环网络控制系统的特点，分析了其时域延时情况。结合CAN总线的自身特点采用了多率采样和动态时间窗的理念，设计了基于CAN的网络控制系统。并在实验室级调试下，证明该闭环网络控制系统具有良好的实时性。