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《网络控制系统中信息与任务的混合调度算法的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、同步网络控制系统网络控制系统(NetworkedControlSystems,NCS)是一种全分布式、网络化实时反馈控制系统，是通过通信网络实现某个区域现场的传感器、控制器和执行器之间进行数据传输，实现协调操作与控制。由于网络控制系统具有控制灵活、可靠性高、维护和扩展方便、可实现复杂的控制等优点，因此网络控制系统取得了广泛的应用。1控制器1控制器n执行器1网络执行器n传感器1传感器n对象1对象n图3-1网络控制系统的结构图二任务模型和系统模型一般来说，典型网络控制系统的结构如图3-1所示。系统中存在众多
2、的控制器，需要实现对大量对象的控制。每一个控制回路都需要实现如下功能：传感器采集被控对象参数信息，通过网络将采集的被控对象参数信息传给控制器，控制器根据预定的控制规律进行控制计算得到控制量，通过网络将控制量送给执行器，执行器通过相应的操作从而调节被控对象。这些功能相互影响，紧密联系，因此一个控制回路可看成一个任务，称为回路任务。显然每个回路任务包括5部分，它们在不同的设备上运行，其中传感器采集被控对象的信息由传感器完成，被控制对象的信息由传感器送到控制器及控制量由控制器送给执行器通过网络传送，控制量的计
3、算由控制器完成，根据控制量调节被控制对象由执行机构完成。它们之间存在着严格的执行顺序要求：首先控制对象的信息由传感器送到控制器，然后是控制器计算出控制量，最后是控制量由控制器通过网络传送送给执行器，执行机构根据控制量调节被控制对象。由于传感器采集信息和执行机构调节被控对象都是有传感器和执行机构独立完成，它们与控制器和网络无关，而一个控制器往往需要执行多个控制回路的控制计算任务，同时网络需要传送所有回路任务中需要传送的信息，因此我们仅考虑网络上需要传送的信息和控制计算等任务的调度问题。网络控制系统中每个回
4、路以一个固定的频率重复执行，因此我们可以将回路任务看成周期性任务。每个回路任务的子任务之间不仅有严格的执行顺序，而且之间是相互制约的，需要传感器采集控制对象的参数信息，控制器才可以根据约定的控制规律进行控制计算得到控制量；需要控制器根据约定的控制规律进行控制计算得到控制量才能通过网络送给执行器，执行器才能通过相关的操作从而调节被控对象。由于在一个确定的网络控制系统中，每个控制回路中所要采集的信息量、控制任务的计算程序和传送到执行器的控制量是不变的，因此这三个子任务的执行是有严格的时间约束的。在此基础上给
5、出网络控制系统中的回路任务模型。定义1：网络控制系统中的回路任务集可以表示为S=t1,⋯,ti,⋯,tnn≥1(t1表示第1个回路任务，ti表示第i个回路任务，n表示回路任务的总数）。我们将∀t1∈S定义为五元组(P,Pmax,τ1,τ2,τ3)，其中P表示回路任务采样周期，Pmax表示允许的最大采样周期，τ1表示从传感器到控制器传送的采集信息任务，τ2表示控制器执行的任务，τ3表示从控制器到执行器传送的控制信息任务。由于τ1,τ2,τ3是信息任务，所以τ1和τ3可以定义为一个二元组C,A，其中C表示信
6、息任务的传送时间,A表示信息任务的到达时间。τ2则可以定义为一个三元组C,A,Processer，其中C为控制任务的执行时间，A为控制任务的开始时间，Processer为控制任务所分配处理器。显然这些子任务的执行顺序为：τ1→τ2→τ3。定义2：由于网络控制系统的复杂性，功能种类的多样性，因此在实际操作中会选择不同的处理器来完成对应的功能，所以网络控制系统是一个有限的多处理器的集合。网络控制系统描述成一个有限个的多处理器组成的集合，R=Processer1,Processer2,⋯,Processerm
7、m≥2，其中Processeri=u，其中m表示处理器的总数，Processer表示控制任务所分配处理器，Processeri表示第i个处理器，u表示处理器Processeri的性能。定义3：在网络控制系统中，需要实现多种功能，需要不同的处理器来进行，而处理器的性能决定了它的执行速度。系统的性能越高，需要的处理器的性能越高，控制系统中的处理器（控制器）的执行速度越快。我们在一个分布式网络控制系统中，选择一个处理器作为标准处理器，将处理器的性能设置为1。其它处理器的性能按下式计算：Processer∙u=
8、CnorCi(1)式中Processer为控制任务所分配处理器，u表示处理器Processer的性能，Cnor表示的是任务在标准处理器上的执行时间，Ci表示该任务在处理器Processer上的执行时间。为了简化设计和分析调度算法，本文作出以下三点假设：（1）回路任务之间相互独立。一个分布式控制系统往往需要控制大量的参数，从而形成了数量众多的控制回路，一个控制回路即一个回路任务，这些控制回路运行在数量众多的处理器上，每个处理器运行一定数目的控
