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网络控制系统的调度方法研究

杨琳琳  
【摘要】: 随着控制系统规模的扩大和飞速发展的计算机、网络及通讯技术,将网络及通信技术应用到控制科学领域的一种分布式、网络化、智能化的网络控制系统(Networked Control System,NCS)成为国内外研究的热点之一。由于控制系统中网络的引入,不可避免产生网络时延;另外,网络有限的带宽资源和承载能力由多个控制回路共享,导致控制系统动态性能下降甚至不稳定。网络控制系统的性能不仅与控制算法有关,还与网络资源的合理调度有关。本文主要研究网络控制系统的调度方法,使整个NCS的性能达到优化。 首先,叙述了网络控制系统的发展及其特点,概述了网络控制系统中调度研究的基本问题,综述了网络控制系统的调度国内外研究现状。 其次,针对网络控制系统中网络诱导时延,将传感器到控制器的时延以及控制器到执行器的时延分离出来讨论,建立了一个NCS模型,以具体的实例详细分析和研究了网络诱导时延对反馈控制回路的性能的影响。提出了一种利用线性滤波器在线同步辨识出网络时延以及系统的动态特征参数的方法,以实例证明了该方法的有效性,并且分析了NCS稳定性。 随后,提出了一种基于在线时延辨识的网络控制系统调度方法。通过对各控制回路采样周期的合理调度和网络中各类信息的带宽分配,一方面保证了各控制环路的控制性能,另一方面提高了网络资源的利用率。运用Matlab/TrueTime仿真软件进行验证,结果表明该算法合理、充分地利用了网络资源,使得系统具有较高的网络资源利用率并满足了系统的实时动态性能要求。 最后对本文的主要工作进行了总结,并指出了网络控制系统调度中有待进一步研究的问题。


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