网络控制系统的时延与调度算法研究

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1、摘要网络控制系统的时延与调度算法研究摘要网络控制系统(NetworkedControlSystem,NCS)是控制科学、计算机及网络技术的综合应用，是一种新兴的分布式实时控制系统。通信结构已经由传统的端对端的通信模式向通用总线形式转变，随之而来的网络资源的竞争所带来的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，所以近些年来对网络控制系统的研究已经成为了控制界新的热点方向。对网络控制系统的时延和调度的研究是其中重要内容之一，所以本文针对这两个基本问题进行了相关研究。a)阐述了NCS中的基本问题，以及网络控制系统仿真技术的研究概况，着重介绍了TrueTim

2、e工具箱及其仿真原理。b)总结对比了多种流行的网络MAC层协议技术构成，重点说明了随机性访问协议中两大流行网络的特点。详细分析了网络诱导时延的具体组成和建模，并对影响时延的负载进行了理论分析。然后利用TrueTime工具箱建立了时延仿真模型。仿真结果表明了CAN总线和switchedEthernet在实时性方面的优势。c)在前人对实时系统的调度和控制网络性能及协议层调度研究成果的基础上，本文分析了网络控制系统在应用层上的调度算法，重点说明了静态的RM调度算法和动态的EDF调度算法在网络控制系统中的应用，并通过仿真实例对多任务的网络控制系统调度进行了仿真，比较了

3、这两种调度算法的特性。仿真结果表明动态调度算法在网络控制系统应用方面的优势。关键词：网络控制系统，时延，调度，RM算法，EDF算法-I-ABSTRACTTIMEDELAYSANDSCHEDULINGANALYSISOFNETWORKEDCONTROLSYSTEMABSTRACTAmajortrendinmodernindustrialandcommercialsystemsistointegratecomputing,communication,andcontrolintodifferentlevelsofmachine/factoryoperationsan

4、dinformationprocesses.ThesenewdistributedcontrolsystemsarecalledNetworkedControlSystem(NCS).Thechangeofcommunicationarchitecturefrompoint-to-pointtothiscommon-busapproach,however,introducesdifferentformsoftime-delayuncertaintyintheclosed-loopsystemdynamics.Thesetimedelayscomefromthe

5、timesharingofthecommunicationmediumandintroducemanyfreshmeaningstotraditionalcontroltheoriesandmethodologies.Forthesereasons,thistopichasbeenthehotresearchdirectionincontrolindustry.Timedelaysandschedulingaretwoofthebasicissuesintheanalysis,designandmodelingofNetworkedControlSystems

6、.Hence,thisthesisfocusesonthesetwoissues.Inthebeginningofthisthesis,itpresentsmanyproblemsinNCSresearch,andmoreover,summariesthesimulationmethodologiesofNCS.Here,TrueTimetoolboxanditsprinciplearepresented.TounderstandthetimedelaysinanNCSduetonetworkedcommunication,itsummarizethecomp

7、arisonoftechnicalstructureofseveralpopularprotocolsinMAClayer,especiallythecharacteristicsofrandomaccessprotocols—CSMA/CDandCSMA/AMP.Furthermore,thecompositionandmodelingofnetworkintroducedarediscussedindetail.Asoneofthemostimportantconditionsaffectingtimedelays,thenetworktrafficloa

8、disanalyzed.Simulat