網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的帶寬管理與優(yōu)先級調(diào)度研究.pdf

1、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是指利用通信網(wǎng)絡來交換位于不同地理位置的控制器、傳感器和執(zhí)行器等多個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)信息而構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有智能化、網(wǎng)絡化和分布化等特點，可滿足大型工業(yè)的控制系統(tǒng)結(jié)構復雜、規(guī)模大和遠程控制等需求，因此備受中外學者和工程技術人員的關注。然而由于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)引入共享網(wǎng)絡作為通信介質(zhì)，必然存在諸如帶寬受限、數(shù)據(jù)包丟失、節(jié)點驅(qū)動方式和網(wǎng)絡誘導時延等問題，相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設計與分析顯得更為復雜，現(xiàn)已成為國內(nèi)外的研究熱點。

2、　　網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中多個控制回路共享有限的網(wǎng)絡帶寬資源，勢必產(chǎn)生對有限帶寬資源的競爭，當某一控制回路帶寬占用率過高，就會影響到其他控制回路以及整個系統(tǒng)的性能。為了保證網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性，不僅需要優(yōu)越的控制算法，而且還需要合理調(diào)度策略，所以如何動態(tài)分配各控制回路的帶寬、調(diào)整并發(fā)優(yōu)先級是權衡網(wǎng)絡帶寬資源競爭與控制性能之間的關鍵。本文從網(wǎng)絡帶寬受限的角度出發(fā)，對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的帶寬管理和優(yōu)先級調(diào)度進行研究，分別提出了基于帶寬約束的帶

3、寬管理策略和基于帶寬管理的雙參數(shù)優(yōu)先級調(diào)度策略，有效地提高了系統(tǒng)的控制性能和帶寬資源利用率，主要研究工作內(nèi)容如下：
　　第一，針對多控制回路的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)如何將回路的富余帶寬逐步及時地回饋以及整體期望帶寬超限的優(yōu)化分配問題，提出了基于帶寬約束的帶寬管理策略。通過建立全局網(wǎng)絡調(diào)度器，根據(jù)各控制回路的控制性能預估回路控制誤差，利用模糊推理方法并按照帶寬分配原則（控制性能差的回路逐步獲取帶寬，提高其控制性能；控制性能良好的回路將多余帶寬

4、逐步回饋到網(wǎng)絡中，供其他回路使用）周期性地確定各控制回路的期望帶寬，分別對期望帶寬在帶寬約束內(nèi)和帶寬約束外兩種情況進行實際帶寬分配量的設計。實驗分析驗證了該調(diào)度策略能夠有效地提高系統(tǒng)的帶寬利用率和控制性能。
　　第二，針對優(yōu)先級調(diào)度的任務重要特性參數(shù)單一的穩(wěn)定性不足以及帶寬管理策略與優(yōu)先級調(diào)度策略難以充分結(jié)合的問題，提出了基于帶寬管理策略的雙參數(shù)優(yōu)先級調(diào)度策略。在帶寬管理策略進行集中帶寬調(diào)度的基礎上，在各傳感器節(jié)點進行分布式地優(yōu)先