学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

安全关键DCS中控制网络调度的相关问题研究

作　者: 王跃飞
导　师: 韩江洪
学　校: 合肥工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 安全关键系统分布式控制系统控制网络调度时间隔离机制模糊反馈调度
分类号: TP273.5
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 172次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

控制网络调度问题是安全关键分布式控制系统(SCDCS,Safety Critical DCS)设计的核心问题之一。相对于非安全关键DCS,SCDCS中控制网络调度设计需要满足更多方面的约束,以保证系统的可信性。本文对控制网络调度的研究现状和发展趋势进行了深人的分析,在此基础上从满足系统的控制性能、实时性和防危性要求出发,围绕着控制网络调度设计的前提条件——网络传输周期、具有防危隔离机制的网络调度方法和CAN网络的动态实时调度等三个方面内容进行了研究。本文的主要研究成果如下:(1)综述了安全关键系统、分布式控制系统和控制网络的特点,分析了控制网络调度问题的研究现状和发展趋势,指出网络调度策略和网络调度优化设计研究中存在的问题,提出了控制网络调度应该满足系统控制性能、实时性和防危性等多方面的约束。(2)针对回路是多输入多输出的多回路SCDCS,提出了基于控制和调度集成设计的网络传输周期确定方法。在该方法中,采用状态相对误差来描述回路控制性能,建立了回路性能函数的表达式;利用Lyapunov理论和矩阵测度特性分别推导出回路渐进稳定和具有指定稳定度的充分条件;在此基础上分别建立了回路最大允许传输间隔(MATI)求取公式。(3)将类似于防危核技术的时间隔离机制引入到控制网络调度中,提出了具有防危隔离机制(TIM)的开放式网络调度框架;通过对该调度框架的分析,建立了三层结构的实时调度模型;针对该模型中轮转式非抢占EDF算法,推导出了其可调度性的判定条件;在此基础上,提出了整个分层调度的可调度性判定条件,并给出了详细的证明。利用该判定条件建立了网络调度中时间参数的求取方法。(4)推导出了理想传输和实际传输情况下CAN消息的最坏传送时间公式,分析了CAN网络传输中的随机抖动对具有TIM网络调度方法的影响。为降低该不良影响,将反馈调度引入到网络调度中来,建立了模糊反馈EDF调度(FFC-EDF)框架;给出了模糊控制器控制机理及其输出量变化到调度参数变化的线性映射方法;分析了多网段结构下的FFC-EDF调度,建立了基于图分割的网段优化模型及寻优的小生境自适应遗传算法。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
致谢  12-20
第一章绪论  20-36
  1.1 安全关键DCS概述  20-22
    1.1.1 安全关键系统  20
    1.1.2 分布式控制系统(DCS)  20-21
    1.1.3 安全关键DCS(SCDCS)  21-22
  1.2 控制网络的概述  22-26
    1.2.1 控制网络概念及特点  22-23
    1.2.2 典型的工业控制网络  23-25
    1.2.3 控制网络传输的数据  25-26
  1.3 控制网络调度及研究现状  26-31
    1.3.1 控制网络的调度问题  26-27
    1.3.2 网络调度的研究现状  27-30
    1.3.3 研究现状的综合分析  30-31
  1.4 论文研究目的与意义  31-32
  1.5 论文主要内容及结构  32-36
    1.5.1 论文的主要内容  32-33
    1.5.2 论文的章节安排  33-36
第二章控制网络调度的相关基础知识  36-48
  2.1 网络调度的基本概念  36-39
    2.1.1 网络调度的不同层次  36-37
    2.1.2 与处理器调度的对比  37-38
    2.1.3 网络调度涉及的定义  38-39
  2.2 实时系统的调度理论  39-42
    2.2.1 实时系统与实时调度  39-40
    2.2.2 优先级驱动调度方法  40-41
    2.2.3 反馈控制的调度方法  41-42
  2.3 Lyapunov稳定性理论  42-44
    2.3.1 Lyapunov稳定性的概念  42-43
    2.3.2 Lyapunov稳定性间接法  43-44
    2.3.3 Lyapunov稳定性直接法  44
  2.4 系统防危理论与技术  44-47
    2.4.1 系统防危性的基本概念  44-45
    2.4.2 防危性与安全性的区别  45-46
    2.4.3 基于防危核的防危技术  46-47
  2.5 本章小结  47-48
第三章多回路SCDCS网络传输周期的研究  48-74
  3.1 NTP对系统性能影响分析  48-52
    3.1.1 NTP影响的一般分析  48-50
    3.1.2 NTP影响的仿真说明  50-52
  3.2 系统模型与NTP求取方法  52-56
    3.2.1 系统的研究模型  52-53
    3.2.2 NTP的求取方法  53-55
    3.2.3 相关的预备定理  55-56
  3.3 仅满足稳定性约束的MATI求取  56-62
    3.3.1 问题描述  56
    3.3.2 回路渐进稳定充分条件  56-59
    3.3.3 回路MATI的确定方法  59-61
    3.3.4 仿真实例  61-62
  3.4 满足指定性能约束的MATI求取  62-69
    3.4.1 问题描述  62-63
    3.4.2 具有指定稳定度的充分条件  63-66
    3.4.3 回路MATI的确定方法  66-67
    3.4.4 仿真实例  67-69
  3.5 回路性能函数与NTP求取实例  69-71
    3.5.1 回路性能函数的建立  69-70
    3.5.2 NTP求取的仿真实例  70-71
  3.6 本章小结  71-74
第四章具有时间隔离机制的控制网络调度  74-96
  4.1 问题的提出  74-77
    4.1.1 SCDCS中存在的问题  74-75
    4.1.2 控制网络调度的要求  75-77
  4.2 时间隔离下的开放式网络调度  77-82
    4.2.1 时间隔离下网络调度框架  77-79
    4.2.2 全局主调度器的内部结构  79-80
    4.2.3 子系统调度器的内部结构  80-82
  4.3 具有TIM网络调度的可调度性分析  82-88
    4.3.1 基于分层调度的网络调度模型  82-83
    4.3.2 轮转式非抢占EDF算法及分析  83-86
    4.3.3 网络可调度性判定的充分条件  86-88
  4.4 具有TIM网络调度的相关参数设计  88-94
    4.4.1 参数σ_k的确定方法  88-89
    4.4.2 参数β_k和SP_k的确定方法  89-92
    4.4.3 参数α和RL的确定方法  92-94
  4.5 本章小结  94-96
第五章基于模糊反馈EDF的CAN网络调度  96-120
  5.1 CAN网络的数据传输特性  96-99
    5.1.1 位编码与报文帧结构  96-98
    5.1.2 媒体访问控制的方法  98
    5.1.3 传输错误及错误处理  98-99
  5.2 CAN消息传送时间及影响分析  99-102
    5.2.1 理想情况下的最坏传送时间  99-100
    5.2.2 实际情况下的最坏传送时间  100-101
    5.2.3 时间抖动及对TIM调度影响  101-102
  5.3 CAN网络的模糊反馈EDF调度  102-108
    5.3.1 模糊反馈EDF调度框架  102-103
    5.3.2 模糊──PI复合控制器  103-104
    5.3.3 控制器的模糊控制机理  104-106
    5.3.4 执行调节器的映射方法  106-108
  5.4 多网段CAN网络调度及结构优化  108-112
    5.4.1 CAN网络调度与网段划分  108-109
    5.4.2 图分割模型下的优化函数  109-110
    5.4.3 寻优的小生境自适应GA  110-112
  5.5 仿真验证与相关应用  112-118
    5.5.1 Truetime仿真系统的构建  112-113
    5.5.2 模糊反馈调度仿真及结果  113-116
    5.5.3 NAGA在汽车网络设计中应用  116-118
  5.6 本章小结  118-120
第六章总结与展望  120-124
  6.1 论文研究总结  120-122
  6.2 本文的创新点  122
  6.3 未来研究方向  122-124
参考文献  124-132
攻读博士学位期间发表的论文  132

安全关键DCS中控制网络调度的相关问题研究

内容摘要

全文目录

相似论文