收藏本站
《浙江大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

资源受限实时控制系统反馈调度

夏锋  
【摘要】: 随着近年来信息技术的快速发展与应用,实时控制系统(RTCS)资源受限的特征日益突出;同时,RTCS往往需要工作于负载可变的动态不确定环境中,从而导致系统中可获取的计算、通信资源体现出动态不确定性。在这种新的实现环境下,传统以控制与调度分离为特征的控制系统设计与实现方法无法提供必需的控制质量(QoC)保障。从资源调度角度看,当前开环的实时调度算法在应用于实时控制系统中时严重缺乏柔性,通常不能实现可用资源的优化利用。因此,有必要发展新途径、新方法,为动态环境下的实时控制提供使能技术,并在实现平台动态资源约束下优化整体QoC。 本文考察了计算、通信与控制等学科不断融合的发展趋势,立足于控制与调度协同设计的研究新思路,从动态资源管理的独特视角深入研究了RTCS中现实存在且尚待解决的一些新课题。将反馈调度作为基本技术架构,为动态资源约束下的RTCS性能优化提供了一系列全新的、有效的解决方案。针对RTCS的实际应用需求和当前的研究现状,系统地阐述了反馈调度的基本科学和技术问题。基于统一的框架平台,重点考虑了CPU、能量和网络带宽这三类典型资源约束,有针对性地开发了一系列适用不同场合的反馈调度方法,提供了闭环动态资源调度的使能技术,从不同角度不同层面解决了反馈调度架构中的一些关键性问题,同时系统地解决了RTCS中瓶颈资源的动态分配问题,提供了柔性的QoC管理机制,实现了动态应用环境下的整体性能优化。 在CPU调度方面,本文考虑处理器速率有限的多任务嵌入式控制系统。首先以优化整体控制性能为目标,给出了最优反馈调度问题的数学描述,并探讨了相关的数学求解方法。为了克服数学优化方法运算量大、一般不适宜在线使用的缺点,提出了神经反馈调度方法。该方法在降低调度开销的同时提供了几乎最优的整体控制性能,并且具备较好的适应性、鲁棒性和容错性等。为了在执行时间不可获知且存在测量噪声的情形下实现有效的反馈调度,我们将模糊控制技术引入反馈调度框架体系,提出了模糊反馈调度方法。由于模糊逻辑能够非常有效的处理非线性、非精确性和不确定性,模糊反馈调度方法不依赖控制任务的执行时间参数,通过对负载和可用资源的不确定性进行智能化处理,使得反馈调度系统对于时态参数的测量噪声具有较好的鲁棒性,而且易于实现、调度开销小。 在能量管理方面,本文试图在保障嵌入式控制系统QoC的同时尽可能降低处理器能耗。为了有效处理CPU负载动态变化、控制任务执行时间不确定等现实问题,提出了一种集成能量管理与控制质量管理的反馈控制实时调度方法,即能量感知反馈调度。该方法利用动态电压调节技术,通过对CPU处理速率的动态调节来间接改变任务执行时间,以控制CPU利用率。在建立了动态电压调节系统的解析数学模型之后,给出了一种基于控制理论的反馈调度器设计、分析方法,从而获得了具有确定性的反馈调度性能,提供了一种有效的闭环能量管理机制。为了在能量感知反馈调度的基本框架下进一步降低系统能耗,我们通过考察控制系统在可变采样周期下的动态特性,基于适度退化的基本思想提出了一种增强型能量感知反馈调度方法。该方法在利用动态电压调节技术对CPU速率进行调节的基础上,根据各控制回路的实际控制性能对其采样周期进行动态调节,实现了控制任务的柔性时间约束;通过在保障回路QoC的前提下尽可能增大采样周期,获得了更低的能耗,进一步提高了系统能效。 在带宽分配方面,本文重点研究优先级驱动的总线网络化控制系统和基于随机介质访问机制的无线控制系统。针对多回路网络化控制系统,以集成控制与网络调度的新观点进行研究,提出了一种集成反馈调度方法,根据可用带宽资源的动态变化,采用一种级联的反馈调度策略来调节采样周期,以将丢包率控制在期望的较低水平,并对可用带宽进行了优化分配;为了进一步提高整体控制性能,基于一种直接反馈调度策略,根据各控制回路的实际性能对回路优先级进行动态配置。该方法在低载情况下可以最大化资源利用,在系统出现过载时可以获取性能的适度退化,因而能够明显改善整体控制性能。针对无线控制系统中可用链路资源的不确定性,我们基于跨层设计思想,提出了一种自适应反馈调度方法。该方法在物理层和应用层之间实现信息交互,以处理信号干扰和链路传输速率变化的影响,并通过控制网络丢包率来优化控制性能。为了提高反馈调度器的响应速度,同时尽可能降低调度开销,提出了面向反馈调度的事件驱动激励方式,从而有效增强了反馈调度方法的应用效果。 本文在研究方法上突破了控制与调度分离的传统设计理念,丢弃了固定时间约束的传统控制任务模型,为新技术形势下的RTCS研究开辟了新途径,提供了新思路、新方法。通过本文的研究,初步建立了一套系统化的反馈调度方法体系,从多个角度多个层面丰富了反馈调度这一新兴交叉学科方向的研究成果,从而为集成计算、通信与控制提供了使能技术,必将有效促进控制、计算、通信三大学科领域的进一步融合发展。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP273.5

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 赵维佺;网络化运动控制系统资源调度研究[D];华南理工大学;2010年
2 王跃飞;安全关键DCS中控制网络调度的相关问题研究[D];合肥工业大学;2009年
3 王晓东;无线传感器网络节能算法研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张舟;基于公共信息模型的高校信息集成系统的研究与设计[D];湖南大学;2014年
2 吴云翔;基于PID控制原理的多装配线反馈调度研究[D];浙江工业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 雷飞,邹益仁,周靖林;实时控制任务的模糊反馈调度系统研究[J];信息与控制;2005年05期
2 刘怀,费树岷;控制系统中实时任务的动态优化调度算法[J];控制与决策;2005年03期
3 金宏,王宏安,傅勇,王强,王晖;模糊反馈控制实时调度算法[J];软件学报;2004年06期
4 童立靖,淮晓永,李明树;一种基于PID反馈控制的分时调度算法[J];计算机研究与发展;2004年01期
5 苏高利,邓芳萍;论基于MATLAB语言的BP神经网络的改进算法[J];科技通报;2003年02期
6 魏立峰,马卫国,于海斌;反馈控制实时调度中采样周期的研究[J];自动化仪表;2002年09期
7 章淼,吴建平,林闯;互联网端到端拥塞控制研究综述[J];软件学报;2002年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 黎善斌;网络控制系统的鲁棒控制算法研究[D];浙江大学;2005年
2 杨旭华;神经网络及其在控制中的应用研究[D];浙江大学;2004年
3 邹勇;开放式实时系统的调度方法研究[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈加加;周翔;屠天民;;基于BP神经网络的色纺纱配色[J];纺织学报;2015年11期
2 朱健;任秋阳;卢秉亮;;基于PCA-FBP的绩效综合评价研究[J];微处理机;2015年05期
3 侯闻宇;凌永生;赵丹;单卿;黑大千;贾文宝;;BP神经网络反演核事故源项中重要参数的研究[J];南京航空航天大学学报;2015年05期
4 廖阳阳;;基于BP网络和图像处理的煤矸石的动态识别[J];工业控制计算机;2015年07期
5 江式伟;曹延杰;吕卫民;;基于Petri网的复杂装备保障流程涌现问题分析[J];战术导弹技术;2015年04期
6 任秋阳;朱健;卢秉亮;;基于PCA-BP的绩效综合评价研究[J];微处理机;2015年03期
7 邹莹莹;邓开发;;基于小波PCA与BP神经网络的人脸识别算法[J];信息技术;2015年06期
8 李辉东;关德新;袁凤辉;王安志;吴家兵;金昌杰;;BP人工神经网络模拟杨树林冠蒸腾[J];生态学报;2015年12期
9 邓腾;戴紫彬;张立朝;吴雪涛;;基于反馈控制的嵌入式实时系统调度算法设计[J];计算机应用;2015年05期
10 赵攀;;基于模糊集的作业车间预测调度研究[J];机械制造;2015年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈鸿海;基于重调度需度驱动机制的柔性作业车间多目标动态调度研究[D];合肥工业大学;2015年
2 李牧;网络化系统最优动态量化器设计与稳定性分析[D];北京理工大学;2015年
3 谢功元;山区桥梁建设期多因素风险评估方法研究[D];长安大学;2013年
4 邱丽;基于Markov跳变理论的网络控制系统研究[D];华南理工大学;2011年
5 郑书朋;飞行模拟器的计算机系统实时调度与通信关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
7 张文安;网络化控制系统的时延与丢包问题研究[D];浙江工业大学;2010年
8 潘卫华;网络控制系统调度与控制协同设计的研究[D];华北电力大学(河北);2010年
9 黄鹤;几种网络控制系统的故障检测与容错控制研究[D];南京理工大学;2009年
10 沈青;实时控制系统协同设计方法及应用研究[D];中南大学;2009年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周时莹;CAN网络控制系统的智能调度研究[D];吉林大学;2009年
2 李祖欣;网络控制系统的智能调度及其优化[D];浙江工业大学;2008年
3 朱琴跃;列车通信网络实时性理论与方法研究[D];同济大学;2008年
4 夏锋;资源受限实时控制系统反馈调度[D];浙江大学;2006年
5 云利军;网络化运动控制系统行为特性的研究[D];河北工业大学;2006年
6 吴琦;嵌入式操作系统功耗管理技术研究[D];电子科技大学;2006年
7 白涛;网络化控制系统性能分析与调度优化[D];上海交通大学;2005年
8 林瑞仲;面向目标跟踪的无线传感器网络研究[D];浙江大学;2005年
9 黎善斌;网络控制系统的鲁棒控制算法研究[D];浙江大学;2005年
10 黄剑;网络控制系统的建模、稳定与控制研究[D];华中科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓明;不确定环境下流水车间的混合模式鲁棒调度方法[D];山东大学;2011年
2 尹磊;模糊不确定环境下资源受限项目的鲁棒调度研究[D];山东大学;2010年
3 刘洋;网络教育平台中的自测系统的分析与设计[D];东北师范大学;2009年
4 王伟;基于Web的远程教育平台的设计与实现[D];中国地质大学(北京);2008年
5 张强;多重资源约束下的作业车间优化调度研究[D];广东工业大学;2008年
6 李敏;资源约束下多项目调度问题遗传算法研究[D];浙江大学;2008年
7 施建杨;基于WEB的远程教育系统性能测试及优化策略研究[D];北京邮电大学;2008年
8 范淑敏;遗传算法在PID控制中的应用[D];北方工业大学;2007年
9 何燕;基于遗传算法的车间调度优化及其仿真[D];武汉理工大学;2006年
10 张燕红;多生产线协调生产调度的研究[D];东南大学;2005年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 汤峰;面向无人机信息物理系统的资源调度关键技术研究[D];华南理工大学;2017年
2 徐飞;面向网络化控制的自适应中间件研究[D];西北工业大学;2017年
3 原旭;面向精细化种植的物联网数据处理方法研究[D];大连理工大学;2016年
4 邹茜;地理环境信息监测中的能量有效无线传感器网络路由算法研究[D];成都理工大学;2014年
5 石焕;功率驱动移动智能体网络的同步分析与控制[D];浙江大学;2011年
6 张帆;面向公路交通的无线传感器网络节能关键技术研究[D];武汉理工大学;2011年
7 潘高峰;超宽带无线传感器网络节能与中继协作通信技术策略研究[D];西南交通大学;2011年
8 沙超;无线多媒体传感器网络节能关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
9 凡高娟;无线传感器网络覆盖控制技术研究[D];南京邮电大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 金莹;绿色低碳理念下的城市公共设施设计探究[D];天津科技大学;2016年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 童立靖,张津诗,李明树;有线普适视频的分子化模型研究[J];计算机研究与发展;2003年08期
2 杨兆升,朱中;基于BP神经网络的路径行程时间实时预测模型[J];系统工程理论与实践;1999年08期
3 杨炘,马洪波;人工神经网络在中长期汇率预测中的应用[J];科技导报;1999年04期
4 陈守余,周梅春;数据开采的BP神经网络方法及其应用[J];地球科学;1998年02期
5 张志华,朱章森,李儒兵;几种修正的自适应神经网络学习算法及其应用[J];地球科学;1998年02期
6 洪伟,吴承祯,何东进;基于人工神经网络的森林资源管理模型研究[J];自然资源学报;1998年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 章辉;控制系统中的信息描述与方法[D];浙江大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 涂翔;;智能建筑中给排水实时控制系统的设计探讨[J];智能城市;2019年02期
2 吕华溢;谢政;;一种软硬件自主可控的嵌入式实时控制系统[J];单片机与嵌入式系统应用;2017年03期
3 王春苗;;财务实时控制系统中数据挖掘技术的应用[J];自动化与仪器仪表;2015年09期
4 达争尚,何俊华,孟凡文,国蓉;实时控制系统的单片机抗干扰设计[J];测控技术;2003年06期
5 汪士宽;;提高实时控制系统可靠性的研究[J];遥测遥控;1992年02期
6 林柏虽;林瑾琳;徐乾元;张建民;范平汉;方豪松;;味精结晶过程计算机实时控制系统[J];发酵科技通讯;1987年04期
7 王保东;张富有;胡佑德;王振华;;脉冲TIG焊接参数微机实时控制系统的研制[J];焊接;1987年09期
8 廉国栋;;油毡纸数字定长系统[J];哈尔滨科学技术大学学报;1987年02期
9 吴继增;龚瑞昆;;微型机实时控制系统中的抗干扰问题[J];微型机与应用;1987年05期
10 姚加飞;李运树;段文泽;;供水泵站微机最优实时控制系统[J];重庆建筑工程学院学报;1987年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张增年;姚黎欣;;枸杞烘制温度的计算机实时控制系统[A];2001年中国智能自动化会议论文集(下册)[C];2001年
2 孙建林;葛晓;盛磊;余金鹏;张涛;;高可靠性容错服务器在实时控制系统中的应用[A];第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C];2006年
3 钟登华;崔博;钟桂良;;高碾压混凝土坝施工实时控制系统理论与应用[A];大坝安全与新技术应用[C];2013年
4 王峰;刘勋;;微波接收机实时控制系统的设计和实现[A];2013年全国微波毫米波会议论文集[C];2013年
5 张宏;;数据库在实时控制系统中的应用[A];第十七届全国数据库学术会议论文集(技术报告篇)[C];2000年
6 单江锋;;财务实时控制系统的框架体系[A];中国会计学会第四届全国会计信息化年会论文集(下)[C];2005年
7 张宏立;;基于MATLAB/RTW的实时控制系统开发[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年
8 杜强;王华松;王建玲;周健鹏;郑冬仙;;电力信息网络用户准入及实时控制系统的研究与实践[A];山东电机工程学会第十二届优秀论文汇编[C];2011年
9 张宏立;;基于MATLAB/RTW的实时控制系统开发[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
10 王卫平;项亚平;王丹;孙洪波;徐金才;;核仪表在钢铁工业中的应用及当今发展[A];中国科协2005年学术年会论文集——核科技、核应用、核经济论坛[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 夏锋;资源受限实时控制系统反馈调度[D];浙江大学;2006年
2 沈青;实时控制系统协同设计方法及应用研究[D];中南大学;2009年
3 尹贵虎;基于Web的实时控制系统研究[D];浙江大学;2003年
4 张春华;考虑任务时间不确定性的CNC系统建模与控制[D];华南理工大学;2014年
5 贺小川;单芯片系统(SoC)中的实时任务调度算法研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈志;J-TEXT实时控制系统框架研究与设计[D];华中科技大学;2016年
2 周元斌;基于固定抢占点调度的实时控制系统协同设计研究[D];杭州电子科技大学;2017年
3 杨叶;复杂实时控制系统的设计平台开发[D];昆明理工大学;2002年
4 吴英刚;针织无缝袖子机实时控制系统研制[D];浙江理工大学;2018年
5 朱文强;多任务嵌入式实时控制系统软件的研究[D];东北大学;2012年
6 贾现广;以图形化实时控制系统设计软件为平台的实时多任务控制系统研究[D];昆明理工大学;2006年
7 王琪;嵌入式实时控制系统的研究及应用[D];西北工业大学;2004年
8 王剑平;嵌入式实时控制系统的软件使能控制的研究与应用[D];昆明理工大学;2004年
9 杨国青;射频仿真实时控制系统的设计与应用[D];南京航空航天大学;2011年
10 闫述;大型高精密三轴液压伺服转台实时控制系统研究与实践[D];上海交通大学;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026