網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的二維調(diào)度策略及協(xié)同控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，將空間不同位置的傳感器、控制器、執(zhí)行器等組成一個實(shí)時反饋的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬資源的共享，已較為廣泛地應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)、電氣自動化工程和航空航天等領(lǐng)域。由于系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)媒介的引入，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不可避免出現(xiàn)一些問題，諸如網(wǎng)絡(luò)阻塞、數(shù)據(jù)包丟失、網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)臅r延等，這些問題則會降低系統(tǒng)的控制性能、甚至使得系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以，如何降低網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中不利因素帶來的影響是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相關(guān)研究的重點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)調(diào)度作為一種

2、可以合理分配系統(tǒng)資源、有效調(diào)度節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的次序、提高系統(tǒng)整體性能的有效方法，其相關(guān)研究具有重要的理論研究意義與極高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
　　本文首先介紹網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的背景與發(fā)展現(xiàn)狀，并闡明了其主要的研究熱點(diǎn)；列舉了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信中常用的幾種媒介訪問協(xié)議；然后聚焦到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的調(diào)度方法研究方面，通過簡要的綜述分析，進(jìn)而，引出本文將要開展的“網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中變采樣周期調(diào)度與優(yōu)先級調(diào)度相結(jié)合的二維調(diào)度策略及協(xié)同控制研究”。在陳述本文的主

3、要研究工作之前，對所基于的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議--CAN總線以及所要用到的仿真工具--TrueTime進(jìn)行了簡單的介紹，并對本文主要關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)時延對系統(tǒng)性能的影響問題、以及本文所涉及到的幾個相關(guān)概念進(jìn)行了說明。在對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中已有的反饋調(diào)度、模糊調(diào)度等基礎(chǔ)上，本文先從優(yōu)先級調(diào)度的角度進(jìn)行分析研究，提出改進(jìn)型的模糊反饋調(diào)度策略，完成網(wǎng)絡(luò)回路調(diào)度算法的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)分析。所提出的調(diào)度策略綜合考慮控制回路的誤差、誤差變化與網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，以及

4、結(jié)合CAN總線的廣播特性，使用模糊推理系統(tǒng)，動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)中的回路優(yōu)先級。本文基于TrueTime仿真工具對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真研究，對多回路的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真建模與系統(tǒng)性能分析。仿真結(jié)果證明，所提出的調(diào)度策略可確保網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的整體性能均衡，很好改善系統(tǒng)的整體性能。考慮到由于被控對象本身變化或系統(tǒng)性能差異過大而導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)時間觸發(fā)的采樣周期也需要改變的情況，本文在保證系統(tǒng)穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力的限制以及網(wǎng)絡(luò)可調(diào)度的約束下，考慮

5、變采樣周期調(diào)度與優(yōu)先級調(diào)度的協(xié)同設(shè)計(jì)：將變采樣周期調(diào)度作為一級調(diào)度、優(yōu)先級調(diào)度作為二級調(diào)度形成一個閉環(huán)的二維調(diào)度策略，并應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中。該二維調(diào)度策略是首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況與控制性能相應(yīng)調(diào)整回路的采樣周期，其次根據(jù)各回路的性能調(diào)節(jié)各自的優(yōu)先級，并對該二維調(diào)度的協(xié)同設(shè)計(jì)做初步的研究與仿真驗(yàn)證。通過仿真分析，所提出的二維調(diào)度策略本文綜合考慮了變采樣周期調(diào)度和系統(tǒng)的控制特性，既可以滿足系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)利用率的要求，又能夠保證系統(tǒng)中控制回路良