网络化多运动体协作控制系统的构建与实现

【摘要】： 21世纪的控制系统将是网络与控制相结合的系统,目前已经成为控制领域研究的热点。网络化控制系统(Networked Control System, NCS)体现了控制系统向网络化、集成化、分布化发展的趋势。因此,对它的研究具有非常重要的现实意义。随着网络化控制技术的不断发展和成熟,网络化多机器人协作技术成为网络化控制技术与多机器人协作技术的一个新的结合点,越来越受到人们的重视和关注。本文主要是对网络化控制系统的资源调度进行了分析和对网络化多机器人协作试验系统进行了实现。 首先,本文给出了网络化控制系统的概念及其模型,分析了其优缺点。随后介绍了实时调度的基本概念、周期任务的典型调度理论和方法,包括实时调度理论RM、EDF、非周期性调度理论、反馈调度理论。资源调度在很大程度上降低了因网络时延对系统性能的影响。仿真表明:调度方法对控制系统动态性能和稳定性也有重大影响,好的调度能够显著改善控制系统相关控制性能和共享资源利用率。接着描述了网络资源调度的特点以及网络化控制系统中传输数据的特点,并阐述了用速率单调法进行网络资源调度的特点和方法。 其次,探讨了网络化多机器人协作控制系统的构建方法。文章详细阐述了多机器人协调与协作的概念,多机器人协作的特点及优缺点,多机器人协作系统的体系结构和通讯方法,以及多机器人系统设计时要注意的因素和设计流程。之后针对网络化多机器人运行过程中可能出现的碰撞问题作了详细的讨论,并给出了碰撞问题的解决办法。 最后,基于上海广茂达公司生产的能力风暴研究版机器人AS-R,对网络化多机器人协作系统进行了分析和设计,包括AS-R机器人小车系统与上位机的通讯、闭环控制算法的设计、全局视觉系统、控制台系统等。之后给出了实验结果,证实了设计的正确性。