一种递推式变采样周期网络控制系统调度算法.pdf

《一种递推式变采样周期网络控制系统调度算法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第11期时维国等．一种递推式变采样周期网络控制系统调度算法一种递推式变采样周期网络控制系统调度算法时维国”汤忆2邵诚’(1．大连理工大学控制科学与工程学院，辽宁大连116024；2．大连交通大学电气信息学院，辽宁大连116028)摘要针对采样周期的变化对网络控制性能的影响，综舍考虑了网络的传输误差以及传输时延等因素，对网络控制系统进行了数学建模分析，提出一种递推式变采样周期在线动态调度算法。以误差泛函积分评价指标IAE来衡量控制回路的QoC。运用Matlab／Simulink中True-time工具箱构建网络控制系统仿真

2、平台并进行仿真，结果表明该调度算法改善了网络控制系统的稳定性并提高了系统的实时性、控制质量和服务质量。关键词调度变采样周期递椎式网络控制系统中图分类号TP393文献标识码A文章编号1000—3932(2011)11·1299-04随着控制结构任务日趋复杂化，急剧膨胀的系统各部件之间共享与交换的数据信息增大，以及通信、计算机、传感器和网络技术的发展与应用，一种新型的智能分布式、网络化的控制系统应运而生——网络控制系统(NetworkedControlSys-terns，NCS)。由于网络控制系统中的不确定因素太多，也带来了

3、诸多不便以及待于深入研究的问题。网络控制性能的好坏不仅取决于控制算法，而且与网络调度有密切的关系。采样周期是影响系统性能的关键因素之一，通常情况下，对于一般的离散系统而言，采样率越快，系统的性能越好。采样率的提高使得一般非连续系统更接近于连续系统。然而，对于网络控制系统来说，快的采样率会加大网络的负荷，随之加大系统信号的时延，更严重时会使系统产生数据传输时序错乱或者数据包丢失，以致影响网络控制系统的控制性能。王艳等⋯和樊金荣心1对网络控制系统中变采样周期模型设计进行研究，有利于系统的具体分析，并从系统的反馈设计角度验证了

4、系统的稳定性。沈艳和郭兵∞1针对网络控制系统中采样周期时变不确定性对控制性能和网络运行性能的影响，提出一种基于反馈控制原理和预测机理的智能动态调度策略。ZhangHL等H1利用主动变采样周期方法，研究了具有网络诱导时滞和数据包丢失的网络控制系统的H。控制器设计问题，其采样周期在一个有限集内切换。新提出的主动变采样周期方法能够保证网络带宽的充分利用。尹逊和等p。综合考虑网络控制系统的误差、误差变化率、网络利用率和采样周期对系统性能的影响，设计了一种由网络利用率预测和采样周期调节两部分组成的基于模糊反馈的变采样周期调度算法。

5、笔者根据传输误差及其变化率，可在线调节采样周期与时延的关系以便更好适应网络控制系统，分析IEA的变化，探讨是否对提高网络控制系统的服务质量(qualityofservice，QoS)和控制质量(qualityofcontrol，QoC)有利。1问题的描述与系统建模分析图1为连续控制系统、数字控制系统和网络控制系统在不同采样率下的系统控制性能的比较。．一P～P。Pc连续控制I最好增大—一采样周期——-减小图1连续控制、数字控制和网络控制的性能比较从图中可以看出，选择一个合适的采样率对系统控制性能的影响极其重要；对网络控制系

6、统而言，采样周期选在P。～P。之间系统的性能最好。收稿日期：2011-10-21(修改稿)降低f系统性能l提高1300化工自动化及仪表第38卷1．1采样周期范围的确定在网络控制系统中，因受网络带宽和控制性能的影响，采样周期的变化随之受限。最大允许传输间隔即采样周期的上界为L。，，对于L。。应满足信号不失真和网络承载能力的双重限制，即‘61：等≤乙≤岳式中R——控制器与被控对象之间的网络最小吞吐量；D——消息的总长度；埘。——基于网络控制系统的最大工作频率。咒。。越大，网络中传输的信息量越少，拥塞发生的机率也就越小。因此，

7、利用调节L．；来间接减少网络时延。保证网络资源可调度的最小采样周期为r岫。传感器第k次采样时间的采样周期为T(k)，其应满足T(k)∈[t∽L．。]。1．2变采样网络控制系统1．2．1系统结构设计变采样周期网络控制模型的设计如图2所示，f：c为传感器与控制器的网络传输时延，fca为控制器与执行器间的网络传输时延，而几=r：c+．reI。图2变采样周期网络控制系统1．2．2系统建模‘71被控对象和控制器连续时间的状态空间表达式为：叠(I)=舭(I)+日M(1)(1)y(I)=氏(I)¨=屁(‘)+何(‘)(2)Ⅱ(I)=胁

8、(f)、’式中算(I)——被控对象的状态，髫(t)∈R～；u(I)——控制输入，H(t)∈R“；Y(t)——被控对象的输出，Y(t)∈R1；：(￡)——控制器的输出状态；A，B，C，F，G，卜相应维数的常矩阵。进行变采样的离散化：ta．●+I髫(k+1)=eA(ta,I+l一．I·I)并(奄)+Jeh(tJ,I+l。