[發明專利]一種基于QoS的網絡化控制系統采樣周期調整方法

無效

• 申請號: 201410852022.0
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104486166A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 孫健;王弟;陳杰;李牧;王鋼
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26;H04L12/851
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種基于QoS(Quality?of?Service)的網絡化控制系統的采樣周期調整方法，特別適用于網絡傳輸帶寬受限、對于平均網絡延時要求嚴格，對系統實時響應要求高的網絡化控制系統和其他分布式網絡化控制系統。

背景技術

隨著計算機的出現，控制系統從原來的連續控制系統發展到離散控制系統，計算機系統能進行精確、快速的計算和進行邏輯判斷,而且通用性好,使用容易，便于對控制算法的需改，憑借以上優點計算機控制系統得到了迅猛的發展。1977年以太網的出現打破了信息傳遞的地域限制，也使得控制系統不再局限于本地控制。隨之電子技術和總線技術的的發展，現場總線控制系統，集散控制系統,和網絡化控制系統(NCS:Net?worked?Control?System)紛紛出現,這些控制方式使得控制系統發生了巨大的變化。現場總線技術的發展，已經在全世界范圍內應用于各個工業控制領域，在冶金、汽車制造、石油化工、等各個行業都有現場總線技術的應用。廣泛應用的總線協議主要有CAN、Modbus、RS485、FieldBus等。這些現場總線由于傳輸速度，覆蓋范圍，數據丟失，延時等諸多因素限制了網絡控制系統的應用和發展。基于以太網的網絡控制系統突破了基于現場總線的控制系統的諸多限制,成為網絡控制系統新的發展方向。基于以太網的網絡化控制系統最大限度的突破了網絡傳輸的地域、傳輸速度、通信節點數的限制，極大地推動了網絡化控制系統的發展。網絡化控制系統以其特有的優勢成為近些年控制界視最為有前景的控制研究方向之一。

網絡化控制系統和傳統控制系統的本質區別在于網絡化控制系統的數據傳輸是通過數據傳輸網絡，通信網絡對數據傳輸的影響直接關系到網絡化控制系統控制效果的好壞。網絡化控制系統通過網絡將控制器和被控對象組成閉合的控制回路，這種控制系統不可避免地引入了網絡傳輸的一些特性,如傳輸時延、數據丟包、和網絡帶寬的限。這些網絡因素對于控制系統的性能的影響是極其不利的。對于網絡控制系統進行基于QoS調節數據傳輸，可以大大的降低控制信息的傳輸量，提高了網絡的服務質量。可以使得網絡化控制系統獲得比定周期更好的控制效果。

對于網絡化控制系統，網絡傳輸延時和丟包是影響網絡化控制系統控制效果的一個重要因素。由于受到傳輸網絡帶寬的限制，過高的數據傳輸量可能使得數據傳輸網絡阻塞甚至癱瘓。網絡控制數據的傳輸延時和丟包率也會隨著網絡傳輸量的增加而加大，這將大大影響網絡控制系統的控制效果。Guo-Ping?Liu等人在文獻(Design?and?Stability?Criteria?of?Networked?Predictive?Control?Systems?With?Random?Network?Delay?in?the?Feedback?Channel,IEEE?TRANSACTIONS?ON?SYSTEMS,MAN,AND?CYBERNETICS?2007.)中對比了網絡延時對于網絡化伺服控制系統控制效果的影響，網絡延時的引入大大降低了網絡化伺服控制系統的控制效果，作者通過網絡預測的方式補償網絡延時對系統的影響，但就對如何降低網絡數據的傳輸量作者沒有給出深入的探討。D.Yue等人在文獻(A?delay?system?method?for?de-signing?event-triggered?controllers?of?networked?control?systems.IEEE?Transactions?on?Automatic?Control,2013.)通過基于事件觸發的采樣控制技術降低了數據的傳輸量，該文以被控對象的輸出量的變化來調節網絡數據的傳輸周期，雖然該方法降低了網絡數據的傳輸量，但沒有對數據傳輸網絡r的狀態進行考慮，這種調節方法并不適用于多控制器共用同一網絡的大型網絡化控制系統。

現有的網絡化系統控制方法一般都沒有充分考慮采樣周期與對網絡服務質量的影響，也沒有考慮如何主動地調整采樣周期以提高網絡服務質量，本發明正是從此方面出發，提出了了一種網絡化控制系統采樣周期的調整方法，以提高網絡服務質量，從而提高系統的控制性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種網絡化控制系統采樣周期調整方法，根據當前的網絡QoS調節系統的采樣周期，提高網絡服務質量，降低網絡平均傳輸延時與丟包率，從而提高網絡化控制系統的控制性能和穩定性。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。