文档介绍：网络控制系统调度与控制的协同设计
学科:信号与信息处理
研究生签字:王;易
指导教师签字:、寓篙
摘要
网络控制系统是控制科学、计算机及网络技术的综合应用。网络资源的竞争及网络时
延赋予传统的控制理论和方法新的含义和研究内容,对网络控制系统调度的研究是其中重
要内容之~。
首先,本文对网络控制系统的仿真技术进行了研究,介绍了一个新的网络控制系统的
仿真软件,分析了网络类型和网络时延对于网络控制系统性能的影响。
其次,在前人对控制网络性能及协议层调度研究已有成果的基础上分析了网络控制系
统在应用层上的调度算法,并在搭建的虚拟平台上对多任务的网络控制系统调度进行了仿
真,通过仿真详细论述了惴ê虴算法对于网络控制系统性能的影响,研究表明
在网络资源竞争激烈的情况下,鞫人惴ㄔ谕缈刂葡低持杏凶胖匾R庖濉B畚幕
介绍了一种反馈调度的方法。该方法能够在线调节控制任务的截止时限,从而减少输出抖
动。反馈控制器采用比例算法,通过对其参数的自调整以动态满足整个任务集的可调度性。
控制算法被公式化为一个截止时限分配表达式。仿真结果验证了该方法的有效性。
最后,对网络控制系统调度与控制的协同设计技术进行了初步探索。讨论了系统采样
周期对网络控制系统的影响。以优化控制系统性能为目标,以网络的可调度性为条件,结
合系统控制与网络调度,给出了网络控制系统的优化模型和采样周期的求取方法,并给出
了优化实例。另外,还介绍了一种基于增益调度表中间件的时延补偿方案,该方案能够根
据当前网络时延和阻塞等状况,通过使用增益调度器来适时的修改现有的控制器的输出,
使得现有的控制器能够适应于不同网络状况下的网络控制系统,从而达到时延补偿的目
的。
关键词:网络控制系统;网络时延;鞫龋籈调度;反馈调度;协同设计
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论文研究的背景
网络环境下的控制是控制科学和计算机网络及通信技术相结合的产物,信息传递的网
络化和智能化给自动化技术带来深远影响和新的机遇与挑战。随着国际互联网
在全球的飞速发展,网络环境下的新型管理信息系统及控制系统不仅可以应用于复杂的工
业控制领域,而且在兵器系统、机器人工业、航空及航天领域也极具潜力。目前,我国在
防空近程反导武器系统中,对于未来无人值守的高炮系统和武器运动体的控制就是这类问
题的探索。美国军方为提高精确制导武器的精度,对于成像制导的方法,近来已考虑反馈
信息的处理,提出了“人在回路中”的制导控制思想。基于网络的机器人遥控操作自二十
世纪九十年代开始就已成为智能控制的热点课题。二十一世纪,数字化战场的核心内容是
“网络中心战”和“武器平台互联”,为了提高武器系统的作战效能,必须研究无人兵器
等武器系统协同操作的实现途径,研究网络环境下信息传输和远程控制的概念、机理和关
键技术。但目前,网络控制系统的理论和方法尚不完善。国内控制界,网络控制概念在近
年来也才被接受,因此对于网络控制系统的研究具有积极和重要的意义。
网络控制是控制科学和计算机网络的交叉,传统的控制理论和方法由于网络的时延赋
予了新的含义和研究内容,本文主要内容集中于网络控制系统的调度和控制的协同设计。
网络控制系统概述
网络控制一般有两种理解,一种是对网络的控制;另一种是通过
网络传输信息的控制系统。这两种系统都离不开控制和网络,
但侧重点不同。前者是对网络路由、网络数据量等的调度与控制,是对网络自身的控制,
可以利用运筹学和控制理论的方法来实现;后者是指控制系统的各节点ǜ衅鳌⒖刂破鳌
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系统。
网络控制系统又称为网络化控制系统, ,即在网络
环境下实现的控制系统。具体地说,网络控制系统是指在某个区域内一些现场检测、控制
及操作设备和通信线路的集合,用以提高设备之间的数据传输,使该区域内不同地点的设
备和用户实现资源共享和协调操作。
我们传统意义上研究的控制系统是点对点连接的控制系统,如图所示,也就是说,
控制器和被控对象之间的连接采用专线。
西安工业大学硕士学位论文
图点对点控制系统结构图
随着物理设备和系统功能的补充,传统控制系统中点对点的通信模式在控制系统的信
号传输中已经达到了它的应用极限。而网络控制系统则以其完整的体系结构,分布式的操
作运行模式,相对独立又能很好互联的通信方式,非常节省的布线和信号可靠性