網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control Systems, NCS)是基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的控制系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡(luò)的引入，一方面給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了便利，使網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在冶金、化工、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；但另一方面也帶來(lái)了一些問(wèn)題，例如，數(shù)據(jù)包丟失，數(shù)據(jù)包亂序、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等。目前，關(guān)于采用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)調(diào)度策略來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的研究是一個(gè)重要的研究方向，其研究對(duì)推動(dòng)控制理論的發(fā)展具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。
　　本文主

2、要研究網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，兼顧網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能和控制性能，提出一種多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，以其改善網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能。本文主要內(nèi)容包括：
　　多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度策略的提出。本文分析了采樣周期對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的影響，討論了基于模型參數(shù)、調(diào)度算法和預(yù)測(cè)控制的變采樣周期調(diào)節(jié)方法。并在此研究基礎(chǔ)上，提出一種多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，即在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)平臺(tái)上設(shè)置一個(gè)包

3、含網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、調(diào)度算法模塊、優(yōu)先級(jí)調(diào)度模塊和據(jù)發(fā)送模塊的變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度器。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延參數(shù)和控制系統(tǒng)輸出參數(shù)；并基于過(guò)程控制的對(duì)象連接與嵌入（OLE for Process Control, OPC）通信技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)時(shí)延傳輸至調(diào)度算法模塊。調(diào)度算法模塊，基于監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延參數(shù)，采用預(yù)測(cè)算法對(duì)下一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)時(shí)延做出預(yù)測(cè)；在限定的網(wǎng)絡(luò)利用率約束下，確定下一時(shí)刻采樣周期預(yù)測(cè)值，并根據(jù)控制系統(tǒng)輸出誤差性能指標(biāo)，確定是否調(diào)

4、節(jié)控制回路采樣周期。優(yōu)先級(jí)調(diào)度模塊，根據(jù)控制系統(tǒng)輸出誤差大小確定調(diào)節(jié)采樣周期控制回路優(yōu)先級(jí)。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，采用OPC通信技術(shù)將采樣周期分配至各控制回路。
　　網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。因?yàn)楂@取網(wǎng)絡(luò)時(shí)延參數(shù)的測(cè)量值是多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度策略的基礎(chǔ)和前提，所以本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)量方法進(jìn)行了討論，研究了基于數(shù)據(jù)包大小和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的影響。并采用基于可編程控制器（Programmable Logic Controll

5、er, PLC）掃描周期的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)量方法，獲取了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的建模與預(yù)測(cè)準(zhǔn)備了數(shù)據(jù)樣本。
　　網(wǎng)絡(luò)時(shí)延建模和預(yù)測(cè)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延樣本，建立了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的自回歸滑動(dòng)平均（Auto Regressive Moving Average, ARMA）模型，調(diào)度算法模塊根據(jù)所建立的ARMA模型，采用魯棒Kalman濾波參數(shù)估計(jì)方法對(duì)模型參數(shù)做出估計(jì)，并結(jié)合最小方差法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)下一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的預(yù)測(cè)

6、。針對(duì)根據(jù)提出的預(yù)測(cè)算法，運(yùn)用Matlab軟件編寫(xiě)了算法程序，開(kāi)展了相關(guān)仿真研究。仿真結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的預(yù)測(cè)值趨近于真實(shí)值。
　　變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)。為了驗(yàn)證變采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)度策略的可行性，搭建基于PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了通訊測(cè)試程序，實(shí)現(xiàn)采樣周期動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。采用基于PLC掃描周期的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)量方法獲得網(wǎng)絡(luò)時(shí)延值；基于OPC通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器和客戶端的數(shù)據(jù)傳輸；客戶端的Matlab軟件根據(jù)在線測(cè)量網(wǎng)絡(luò)時(shí)延值，