網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)擴(kuò)展及協(xié)同控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，將空間分離的傳感器、控制器、執(zhí)行器等節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有分布化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和帶寬資源共享等特點(diǎn)。由于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有效節(jié)省布線、降低綜合成本及提高系統(tǒng)診斷能力，因此，受到各行業(yè)領(lǐng)域用戶的歡迎，具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。然而，無(wú)論網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的理論學(xué)術(shù)研究還是應(yīng)用技術(shù)研究，均由于網(wǎng)絡(luò)通信的引入，使其變得比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜和更具有挑戰(zhàn)性，成為廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。
　　本

2、文分別從底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)控制回路、乃至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三個(gè)方面，按照自底向上、由點(diǎn)至面的思想，融通信、控制、調(diào)度為一體，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)擴(kuò)展及協(xié)同控制研究。構(gòu)建了基于串行鏈路的自組織網(wǎng)絡(luò)通信模型，提出了在無(wú)MAC地址狀況下的多節(jié)點(diǎn)自動(dòng)組網(wǎng)方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用。完成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模及控制器協(xié)同設(shè)計(jì)，可動(dòng)態(tài)適應(yīng)采樣周期的時(shí)變性，解決了使用恒定控制參數(shù)而引起的控制次優(yōu)問(wèn)題。提出了基于帶寬回饋?zhàn)儾蓸又芷诤突诓蓸又芷趦?yōu)先級(jí)的二維調(diào)

3、度方法，平衡網(wǎng)絡(luò)控制性能和網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1)為了滿足網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化要求，本文首先從通信角度出發(fā)，構(gòu)建了一種基于串行鏈路的自組織網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通信模型。該模型采用自動(dòng)掃描的方式，自動(dòng)獲取通信地址，并進(jìn)行地址復(fù)用檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)組網(wǎng)。通過(guò)實(shí)物平臺(tái)驗(yàn)證，新入網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)均能在沒(méi)有唯一設(shè)備標(biāo)識(shí)符的情況下，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行的任意時(shí)刻完成自動(dòng)組網(wǎng)和設(shè)備的即插即用。
　　2)從系統(tǒng)建模角

4、度出發(fā)，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)構(gòu)建為一類不確定的動(dòng)態(tài)區(qū)間模型;根據(jù)采樣周期，采用連續(xù)離散化的方法，設(shè)計(jì)了狀態(tài)反饋的比例控制器，并采用Lyapunov方程和線性矩陣不等式方法證明了該模型的穩(wěn)定性;針對(duì)被控對(duì)象，采用假頻能量系數(shù)的方法，給出了一階、二階被控對(duì)象采樣周期變化范圍的確定方法;最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證該模型穩(wěn)定性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)控制性能與采樣周期的結(jié)果，證明了變樣周期調(diào)度算法的有效性。
　　3)從網(wǎng)絡(luò)調(diào)度角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)具有帶寬約束和

5、帶寬回饋網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器，在最大帶寬約束和回路貢獻(xiàn)系數(shù)作用下，采用變采樣周期調(diào)度方法，使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不僅可以全局優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的QoC(Quality of Control)和QoS(Quality ofService)，而且基于該方法可以將回路多余帶寬逐次回饋到網(wǎng)絡(luò)中，降低網(wǎng)絡(luò)資源過(guò)度消耗，保證有足夠的帶寬給新入網(wǎng)節(jié)點(diǎn);接著，闡述了該網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器存在的合理性;最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真從多個(gè)角度驗(yàn)證了該算法的穩(wěn)定性和優(yōu)越性。
　　4)綜合考慮變采樣周

6、期調(diào)度算法和CAN(Control Area Network)鏈路通信仲裁特性，提出了基于采樣周期的分布式優(yōu)先級(jí)調(diào)度方法，并給出了CAN動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)(Dynamic Priority, DP)和數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符(Data Identifier，DI)分段設(shè)計(jì)方法，該方法不僅極大降低了節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法計(jì)算困難等問(wèn)題，而且體現(xiàn)了CAN標(biāo)識(shí)符仲裁和數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)的雙重特性。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了基于采樣周期的優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法可以調(diào)高網(wǎng)絡(luò)控制性能，也同時(shí)體現(xiàn)