多回路网络控制系统中调度与控制的协同设计方法.pdf

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1、函经验交流多回路网络控制系统中调度与控制的协同设计方法周萍胥布工刘贵云(华南理工大学自动化学院)摘要：结合具有多控制回路的网络控制系统框架结构，设计了一种基于网络控制性能运行状态的调度器的算法，根据系统对控制性能的要求，通过实时调整各控制回路的采样周期，实现多控制回路NCS的系统性能优化，并通过～组仿真给予验证。仿真结果显示，所设计的调度器能够对多控制回路的网络控制系统的有限资源进行有效的调度，提高资源利用率。关键词：NCS；调度；采样周期；控制性能和执行器之间的控制命令传送的优化调度算法；而文1引言．【5】对于网络只存在于传感器和控制器之间

2、的消息调在网络化控制系统领域中，大部分研究工作都集度进行了分析。中于网络控制系统如网络时延、丢包、网络协议、网目前，反馈调度的研究主要集中于CPu资源的络结构等若干问题的研究。通讯限制是网络控制系统利用率和系统性能相关性，很少涉及分布式网络控制研究中的一个重要方面，主要是考虑速率、网络调度、系统的网络资源分配问题。借助多任务调度理论和反网络协议方面的问题，这些问题与网络时延、数据包馈调度理论，可有效地分析和研究多控制回路网络控丢失是密切相关的，并且对整个系统的性能产生重要制系统的调度问题。结合具有多控制回路的网络控制的影响。虽然以往在通讯限制

3、及速率方面进行了诸多系统框架结构，设计一种基于网络运行状态的调度器相关研究，但是，对于一些多回路、大信息量、负载的设计方法，根据系统对控制性能的要求，通过实时存在不确定性的网络控制系统，如何利用有限的带宽调整各控制回路的采样周期，实现多控制回路NCS得到最优化的控制性能，仍是一个重要的研究课题。的系统性能优化，并通过一组仿真以验证。目前大多数的研究结合了控制效果和共享资源2系统描述利用情况，综合设计网络控制系统。虽然这方面已经取得了一定的成果，但是它们多数是针对CPU负载资源受限的网络控制系统调度问题就是建立资变化的情况，缺乏对可变网络负载的

4、研究L1】。通过改源分配与控制性能的关系。研究表明，控制任务的有变系统的采样周期来调节网络上的数据流量，以节省效调度可实现资源的有效分配，从而提高系统资源的网络资源。它的原理是在网络空闲的时候减小节点的利用率，并得到最优化的控制性能。采样周期，提高系统的QoC；在网络资源紧张的时候，增大节点的采样周期，减少网络流量，以降低传输时延带来的负面影响。但是，这种方法的缺点是采样率的改变会在系统中引起抖动，控制算法参数需要重新整定，耗费额外的计算时间。文[2]提出了死区调度算豳豳豳圈【法，死区用于减少网络流量，并对NCS中使用死区做了初步的探索；文[

5、3】在采用周期为N的通信序列图1NCS结构图进行调度时，将n维的控制系统仿射到(2N一N)n的网络控制系统的调度算法按研究对象可分为高维空间进行分析；文【4】解决了网络只存在于控制器CPU调度和网络调度两种类型。常用的实时调度算法是RM算法和EDF算法。这两种算法都是调度周期假设系统中所有传感器采用时间驱动方式，控制性任务，每一个任务在周期的结束后都有一个截止器采用事件驱动方式。当采样周期到来时，传感器节期。在总利用率小于某个值时，RM和EDF都将保证点对物理对象进行采样，获取信息，然后将信息通过满足单一处理器上所有独立任务集合的所有截止期。

6、网络发送到控制器节点；根据收到的信息，控制器通在RM中任务的优先级是动态的。周期短的任务具有过相应的控制算法计算控制信号，并发送到总线上。较高的优先级。周期合适的任务集合的任务来说，RM调度器通过广播报文发出请求信息以获取当前的网的利用率界可达1o0％。在EDF中，优先级等于截止络状态，分析系统运行情况，计算新的采样周期，制期，EDF会带来较大的调度开销，但通常利用率可以定相应的决策，为各个控制回路提供调度信息。调度达到100％[6J。信息采用广播报文发送，各传感器根据调度信息调整采样周期。3采样周期的影响动态调度器按照功用可以分为三个部分：

7、网络状通常，如果控制器参数依赖于采样周期，则控制态监测模块、采样周期计算模块和优先级调度模块，器应根据当前周期实时调节其参数。大量的在线计算其结构如图2所示。网络状态监测模块等间隔向网络将占用太多的系统计算资源，因此应尽可能地减少采发送采集网样周期算法的计算量。络状态的请采样周期直接影响总线利用率，采样周期越长，求信息，用于总线利用率越低。相对而言，减少了总线上报文的冲获取当前的突，从而减小了报文的等待时延，将避免较大的网络网络状态时延，有助于改善控制质量。相反，采样周期越短，{、㈨、图2动态调度器模块总线的利用率越高，各节点的报文可能被延迟

8、发送，㈨、}，加大网络时延，从而影响控制性能。利用获得的信息，计算当前的网络状态{、、}对于每个回路而言，采样周期都会影响系统性和控制误差，计算综合误差E。调度算法