网络控制系统中的时延补偿及调度与控制的协同设计

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1、硕士论文弼络控制系统中的时延补偿及调度与控制的协同设计摘要本文针对网络控制系统(NetworedControlSystem，NCS)中时延和调度两个基本问题进行了楣关研究。首先，分析了三种不同类型的网络在工业控制网络应用中的特性和差别，并阐述了NCS中的基本问题。其次，在网络控制系统建模问题的研究基础上，介绍了不同时延的补偿方法。使用模糊控制理论，把线性NCS补偿固定时延的预测器方法推广到了非线性NCS中，证明了此方法下非线性NCS的渐近稳定性，并通过网络环境下的倒立摆模型仿真验证了方法的有效性。最后，研究了网络控制系统中调度与控制协同设计的方法。针对单CPU多节点

2、连接方式，把NCS中的调度问题分为了任务调度和网络调度两类。提出了基于RM—IAE性能的调度协议，较好地解决了NCS中调度性能和控制性能这对矛盾。关键词：网络控制系统，时延，调度，模糊控制，协同设计硕士论文网络拄制系统中的时延补偿压调度与控制的协同设计AbstractThekeyissuesoftimedelayandschedulinginnetworkedcontrolsystem(NCS)arestlldledinthisdissertation．Firstly,thecharacteristicsanddifferencesofthreekindsofind

3、ustrialcontrolnetworksalediscussed．ThefundamentalissuesinNCSalealsopresented．Secondly,differentmethodsfortime—delaycompensationinNCSareintroducedbasedOilmodelingofNCS．Anovelfuzzy—predictor-basedtime—delaycompensatingalgorithmfornonlinearnetworkedcontrolsystemsispresentedandthestability

4、oftheclosed-loopsystemisproved．Simulationresultsrevealtheeffectivenessofthepresentedalgorithm．Finally，theCO—designofschedulingandcontrolinNCSisstudied．WhenaCPUconnects埘tIlmorethantwonodes，twoclassesofNCS’Sscheduling，taskschedulingandnetworkschedulingareinvestigated，Thenanovelscheduling

5、protocolbasedonRM一1AEisdesignedtointegratetheperformanceofschedulingandcontr01．Keywords：networkedcontrolsystem，time—delay,scheduling，fuzzycontrol，co’designn!堕型塑生——～一一旦塑塑型墨竺±塑堕壅!!堡丝塑壁量丝塑塑塑旦堡生1绪论1．1网络控制系统的产生背景网络环境下的控制是目前控制科学和飞速发展的计算机网络及通讯技术相结合的产物，信息的网络化和智能化给自动化技术带来了深远影响和挑战。随着工业现场总线和Intem

6、et网在全球的飞速发展，网络环境下的控制系统不仅可以应用于复杂的工业控制领域，而且在汽车工业、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。基于网络的机器人遥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。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。在国内外控制界，网络环境下的控制在近年来逐渐成为研究热点。从技术角度出发，网络控制系统的产生依赖于工业数据通信技术(现场总线)的

7、发展，而现场总线的应用可以追溯久远，它是网络控制系统的基础和支持条件，也是网络控制系统的重要组成部分【”。随着现场总线技术的不断发展和其内容的不断丰富，各种控制、应用功能与功能块、控制网络的网络管理、系统管理等内容的不断扩充，现场总线的应用超出了原有的定位范围，不再只是通信标准与通信技术，而成为了网络管理与控制系统的综合应用。网络环境下控制的复杂性是由网络自身特点造成的，主要在于：(1)网络环境下多用户共享通信线路且流量变化不规则；(2)传输数据流经众多计算机和通信设备且路径不唯一；f3)数据单元在传输中由于网络阻塞、连接中断等原因会导致传输时延、时序错乱、数据