第六章 時間延遲與資料遺失綜合討論
6.2 不同資料遺失率與時間延遲模擬於網路控制系統中
在實際的環境中，時間延遲與資料遺失對於使用網路控制的系統來說是難以 避免的存在，它們可能會同時發生，也可能會隨著時間或外在環境產生變動，時 間延遲與資料遺失的特性幾乎是無法預測的。因此為了分析網路控制系統在真實 環境中的操作情形，本節將會討論不同大小的延遲時間與資料遺失率對網路控制 系統產生的影響，在 Truetime 環境中分別以未補償的系統架構和 DPC+ IME+PDC 的系統架構兩種方式進行模擬，受控體轉移函數為𝑠2+5𝑠+41 ，取樣週期為 50ms，
使用的網路傳輸協定為 Zigbee 網路。
以下將討論五種不同的網路情形來驗證 IME+DPC+PDC 結合的補償架構的 效果相較於未補償的系統。因為未補償系統仍舊屬於時間觸發的系統，因此對於 遺失的數據依然會使用 one-delay 估測器補償。
Ideal Case:無時間延遲與資料遺失
Case A:低資料遺失(20%)與低時間延遲(50ms) Case B:高資料遺失(50%)與低時間延遲(50ms)
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Case C:低資料遺失(20%)與高時間延遲(200ms) Case D:高資料遺失(50%)與高時間延遲(200ms)
Ideal Case: 此為理想狀況，在控制系統中沒有因為網路造成的延遲也沒有資料 遺失發生。弦波的追跡誤差如圖 6-3 所示，將會以此為基準與其他狀況下的系統 響應比較。
圖 6-3 無資料遺失與時間延遲的追跡誤差
Case A: 在網路控制系統中導入 20%的資料遺失與 50ms 的時間延遲。未補償的 結果顯示如圖 6-4(a)，使用 IME+DPC+PDC 架構補償的結果如圖 6-4(b)所示。
由模擬結果顯示出 IME+DPC+PDC 的架構非常有效的消除了資料遺失與時間延 遲所產生的影響。圖 6-5 為整合補償架構的系統響應與命令比較圖，由此圖可以 看出，PDC 將時間延遲的影響化為單純的響應位移。
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(a)
(b)
圖 6-4 20%資料遺失率與 50ms 時間延遲下的追跡誤差圖(a)無補償 (b) IME+DPC+PDC 補償
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圖 6-5 IME+DPC+ PDC 架構於 20%資料遺失率與 50ms 時間延遲下的系統響應 圖
Case B: 50%的資料遺失率與 50ms 的時間延遲被導入網路控制系統中。未補償結 果如圖 6-6(a)所示，使用 IME+DPC+ PDC 架構補償的結果如圖 6-6(b)所示。模 擬結果顯示提出的架構能有效地降低資料遺失與時間延遲產生的影響，即使在高 資料遺失率的情況下，能仍達到很好的補償效果，而圖 6-7 為整合補償架構的系 統響應與命令比較圖。
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(a)
(b)
圖 6-6 50%資料遺失率與 50ms 時間延遲下的追跡誤差圖 (a)無補償 (b) IME+DPC+ PDC 補償
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圖 6-7 IME+DPC+ PDC 架構於 50%資料遺失率與 50ms 時間延遲下的系統響應 圖
Case C: 低資料遺失(20%)與高時間延遲(200ms)被導入網路控制系統中。此時時 間延遲對於未補償系統的影響甚大，誤差的比較已經意義不大，因此直接以系統 響應呈現模擬結果。圖 6-8(a)為未補償系統的響應圖，由圖可以看出未補償系統 的控制效能已經下降很多，但是提出的 IME+DPC+ PDC 的架構卻依然能夠消除 資料遺失與時間延遲的所帶來的影響，如圖 6-8(b)。
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(a)
(b)
圖 6-8 20%資料遺失率與 50ms 時間延遲下的響應圖 (a)無補償 (b)IME+DPC+
PDC 補償
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Case D: 高資料遺失(50%)與高時間延遲(200ms)被導入網路控制系統中，模擬結 果顯示未補償架構有著相當糟糕的響應，如圖 6-9(a)所示。然而，提出的 IME+DPC+ PDC 整合架構即使在這種惡劣的環境下依然能達到不錯的補償效果，
如圖 6-9(b)。
(a)
(b)
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圖 6-9 50%資料遺失率與 50ms 時間延遲下的響應圖 (a)無補償 (b)IME+DPC+
PDC 補償