[發(fā)明專(zhuān)利]一種適用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的死區(qū)調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210171259.3
• 申請(qǐng)日: 2012-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102710515A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜鋒;雷榰;任佳;郭成;孟祥宇;馮亞沛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 海南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L12/56
• 分類(lèi)號(hào): H04L12/56
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，尤其涉及在帶寬資源有限的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，控制與調(diào)度的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域.?

背景技術(shù)

在分布式控制系統(tǒng)中，傳感器與控制器，控制器與執(zhí)行器之間通過(guò)實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked?control?systems，簡(jiǎn)記為NCS).?

NCS與傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)相比，具有成本低、易于信息共享、易于擴(kuò)展維護(hù)、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制中.?

隨著NCS研究的不斷深入，調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計(jì)的思想逐漸引起研究者的關(guān)注與重視.NCS的總體性能不僅與控制策略有關(guān)，還與網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的合理使用和調(diào)度算法密切相關(guān).盡管NCS的理論方法與應(yīng)用已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，但可用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源受限的問(wèn)題在NCS中廣泛存在，且并未得到較好的解決.從通信技術(shù)的角度來(lái)看，在典型NCS應(yīng)用中總線網(wǎng)絡(luò)帶寬往往是相當(dāng)有限的；從應(yīng)用需求的角度來(lái)看，如今的NCS往往工作于動(dòng)態(tài)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載呈現(xiàn)出更多的時(shí)變特性.網(wǎng)絡(luò)帶寬受限和負(fù)載可變的直接后果就是可用資源的不確定，在時(shí)態(tài)特性上則表現(xiàn)為不可預(yù)測(cè)的通信時(shí)延、丟包和抖動(dòng)，并最終影響控制質(zhì)量(Quality?ofControl，QoC)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality?ofService，QoS)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定.?

網(wǎng)絡(luò)調(diào)度是指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在共享網(wǎng)絡(luò)資源中發(fā)送數(shù)據(jù)，在發(fā)生碰撞時(shí)，規(guī)定數(shù)據(jù)包以怎樣的優(yōu)先級(jí)(順序)和何時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包的問(wèn)題.其目的是對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求進(jìn)行盡可能合理地分配，使得整個(gè)NCS能夠達(dá)到我們期望的性能要求.目前研究的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度大多集中在應(yīng)用層，應(yīng)用層調(diào)度是上層的應(yīng)用程序根據(jù)需求主動(dòng)分配數(shù)據(jù)的發(fā)送順序，發(fā)生在傳感器節(jié)點(diǎn)、控制器節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中.?

本發(fā)明所研究的共享同一網(wǎng)絡(luò)資源的多回路NCS的結(jié)構(gòu)如圖1所示；而圖1中，構(gòu)成多回路NCS的單個(gè)NCS的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示.?

NCS中信息的調(diào)度，按算法的動(dòng)態(tài)特性可以分為三類(lèi)：靜態(tài)調(diào)度策略、動(dòng)態(tài)調(diào)度策略和動(dòng)靜態(tài)混合調(diào)度策略.死區(qū)(Deadband)調(diào)度屬于動(dòng)態(tài)調(diào)度，是在滿(mǎn)足控制系統(tǒng)性能要求的同時(shí)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)置傳輸死區(qū)，控制訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，主動(dòng)丟棄一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的大小，是保證控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定的方法之一.?

其基本方法為：?

1)當(dāng)|X-X_sent|≥δ時(shí)，發(fā)送X，并將X的值賦給X_sent；?

2)當(dāng)|X-X_sent|＜δ時(shí)，不發(fā)送X.?

式中：X為節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)；X_sent為節(jié)點(diǎn)上一次發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)；δ為死區(qū)閥值.?

通常衡量添加死區(qū)調(diào)度算法后，系統(tǒng)性能有兩個(gè)指標(biāo)：誤差絕對(duì)值的積分IAE(Integral?of?Absolute?Error)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)省率N_s.?

在連續(xù)控制系統(tǒng)中，IAE可定義為：?

IAE=∫t0tf|ydes(t)-yact(t)|dt---(1)]]>

式中：y_des(t)為系統(tǒng)期望輸出，y_act(t)為系統(tǒng)實(shí)際輸出.?

由于NCS是一個(gè)連續(xù)與離散混雜的控制系統(tǒng)，采樣信號(hào)是離散的.因此，可將式(1)改寫(xiě)成：?