基于遗传算法的网络控制系统调度优化研究

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1、基于遗传算法的网络控制系统调度优化研究

2、第1...摘　要：网络控制系统NCS(Net)是基于网络的分布式控制系统，具有强实时性。结合控制网络的实时调度与系统控制性能，应用单调速率RM(RateMonotonic)方法对一组周期性的网络控制传输任务进行调度，采用遗传算法实现NCS的调度优化，同时满足了网络传输的优化调度与控制系统传输误差最小化的要求，提高了网络控制系统的性能，最后给出了优化实例。关键词：网络控制系统；遗传算法；单调速率调度；传输误差Thestudyonschedulingoptimizati

3、oninabasedongeicalgorithms　　HEJian－qiang1，2，ZHANGHuan－chun2　　(1.ElectricEngineeringDept，Yanchenginstituteoftechnology，JiangsuYancheng224003，China；2.AutomationEngineeringCollege，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，JiangsuNanjing210016，China)　　　Abst

4、ract：TheNCS(Net)isaeperformance.Inthispaper，eschedulingandthesystemcontrolperformance，aratemonotonicmethodisusedtoimplementtheschedulingofasetofperiodictasksforNCSsandageicalgorithmisappliedasization.Theschedulingconditionofissionisimprovedandtheminimizat

5、ionoftransmissionerrorsofNCSisfulfilledsimultaneously，thustheperformanceofthegetsbetter.Anexampleissho；geicalgorithm；RMscheduling；transmissionerror0　引言　　　　网络控制系统是基于网络的分布式控制系统，系统通过串行网络构成控制回路，通常包括多个子控制系统[1]，图1为网络控制系统的组成示意。网络控制系统利用串行通信网络在分布化的设备之间进行信息和控制信号的传输

6、，目前普遍应用的现场总线与工业以太网构成的系统都属于网络控制系统。500)this.style.ouseg(this)">　　网络控制系统具有严格的实时性要求，要求控制任务的信息传递必须在一定的通信时间内完成，网络是信息传输的通道，对于网络通道而言，每次只能够在网络中传输一种设备的信息，如控制系统中的传感器信息、控制器输出命令等，由于网络带宽的限制以及系统对传输时间的截止期要求，系统的实时性能将会受到影响，因此网络控制系统的性能不仅取决于常规控制系统的控制算法设计，而且取决于共有通信网络资源的调度，所以要

7、对系统中各个节点进行传输分配。　　目前网络控制系统的研究往往将网络通信调度与系统控制分开进行，而对于网络控制系统而言这两者又是一个整体，必须同时考虑，才能得到理想的控制性能与高的网络利用率。将调度方法与系统控制结合起来进行研究是一个较新的研究领域，有关这方面研究才刚刚起步[2～4]。该文从网络控制系统的调度与控制结合角度出发，采用遗传算法实现网络控制系统的调度优化问题。首先利用实时调度理系统的性能指标，在此基础上，构建遗传优化模型，再通过遗传算法实现，最后通过一个实例说明其应用，为网络控制系统的优化应用提

8、供指导。1　NCS的调度方法1.1　NCS周期任务模型　　网络控制系统由一组基于网络的闭环控制系统构成，每一个控制回路通过网络传送系统信息，传输信息主要包括周期性与非周期信息，其中周期性通信的实时性对于系统的性能来说最为重要。假设一组控制回路任务集合为：{Loop1，…，Loopi，…，Loopn}，控制回路Loopi为周期控制任务，每个周期控制回路Loopi都要占用一定时间的网络资源，主要是控制信息在网络上的传输任务，包括传感器采样信息、输出控制信息等内容，每一个网络控制回路Loopi具有一定的时间限制

9、。每个控制回路的网络传输模型表示为Loopi(Ti，Di，Ci，Bi)，其中，Ti为控制周期任务的执行时间，Di为相对时限，Ci为任务执行时间，Bi为传输的阻塞时间，要求每个控制周期的任务都必须在本周期结束之前完成，图2给出了实时网络传输任务示意图。500)this.style.ouseg(this)">1.2　NCS的调度　　网络控制系统的调度主要是分配网络资源，对网络中的每一个系统进行传输调度，使得控制系统能够满足周期和控