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网络控制系统智能调度方法研究

作　者: 汪佐锽
导　师: 时维国
学　校: 大连交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 网络控制系统 模糊控制 调度 有限带宽 随机时延
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着控制科学、计算机技术的不断发展和进步以及网络通信能力的飞速提高,同时系统设备成本的降低和网络共享资源的极大丰富,传统点对点的控制系统正逐步被节点智能化、结构网络化以及管理分散化的网络控制系统(Networked Control Systems, NCS)所取代。NCS的出现解决了传统控制系统中结构复杂、费用高、不易扩展及传输信息量少等难题,然而,随着通信网络的介入,也带来了诸多问题,如网络诱导时延、数据包丢失、节点驱动方式、带宽受限、数据的单包和多包传输以及网络调度等,这些正成为国内外学者对NCS研究的热点问题。网络控制系统的控制性能和稳定性,不仅依赖于控制算法,也取决于对共享网络资源的调度。本文对网络控制系统的研究,主要针对的是调度,主要内容如下：针对带宽受限对网络控制性能的影响,将模糊控制引入反馈控制实时调度框架体系,提出了基于有限带宽分配的模糊动态反馈调度算法。该算法综合考虑了系统中控制回路的控制偏差和偏差变化率,通过动态调节各控制回路的优先级,满足了系统的实时性要求,使网络具有较好的服务质量。仿真结果证明了模糊动态反馈调度算法要优于EDF(Earliest Deadline First)算法,该方法可以提高网络控制系统的鲁棒性能。针对网络诱导时延对网络控制系统性能的影响,提出了一种具有随机时延的NCS自适应模糊PID控制器设计方法。该控制器以系统的实时偏差和偏差变化率为参考输入,进行模糊推理运算,动态调整优化PID控制器参数k_p、k-d和k_i,并以1AE(Integral of the Absolute Error)为性能指标评价系统的输出性能。仿真表明了所设计的控制器有效改善了随机时延对系统性能影响,提高了系统的控制质量,满足系统对实时性的要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 课题来源  11
  1.2 网络控制系统概述  11-14
    1.2.1 网络控制系统的产生及特点  11-12
    1.2.2 网络控制系统典型结构  12-14
  1.3 网络控制系统的基本问题  14-17
    1.3.1 网络诱导时延  14
    1.3.2 数据包丢失  14-15
    1.3.3 节点驱动方式  15
    1.3.4 带宽受限  15-16
    1.3.5 数据的单包和多包传输  16
    1.3.6 网络调度  16-17
  1.4 网络控制系统调度研究现状  17-20
    1.4.1 静态调度算法  17-18
    1.4.2 动态调度法  18-19
    1.4.3 混合调度法  19
    1.4.4 控制与调度的协同设计  19-20
  1.5 本文主要研究任务  20-21
第二章 模糊控制和TrueTime工具箱  21-41
  2.1 模糊控制概述  21-22
  2.2 模糊控制器设计  22-30
    2.2.1 模糊控制系统的基本组成  22-23
    2.2.2 模糊控制器结构  23-24
    2.2.3 Mamdani型模糊控制器  24-30
  2.3 模糊控制系统的稳定性分析  30-36
    2.3.1 模糊控制系统的结构与稳定性  30-33
    2.3.2 模糊控制系统的全局渐近稳定性判据  33-36
    2.3.3 非线性系统的模糊稳定性判据  36
  2.4 性能评估指标  36
  2.5 TrueTime工具箱  36-40
    2.5.1 TrueTime工具箱结构  37
    2.5.2 TrueTime安装和初始化  37-39
    2.5.3 TrueTime中常用的调度算法  39-40
  2.6 本章小结  40-41
第三章 基于有限带宽的NCS模糊动态反馈调度算法研究  41-53
  3.1 引言  41-42
  3.2 反馈实时调度的思想  42
  3.3 模糊动态反馈调度算法原理  42-43
  3.4 基于有限带宽的模糊动态反馈调度算法  43-52
    3.4.1 系统结构设计  43-44
    3.4.2 回路优先级的确定  44-48
    3.4.3 实例仿真  48-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章 具有随机时延的NCS自适应模糊PID控制器设计  53-69
  4.1 引言  53-54
  4.2 离散PID控制器  54-56
  4.3 模糊PID控制概述  56-58
    4.3.1 模糊PD控制器设计  56-57
    4.3.2 模糊I控制器设计  57-58
    4.3.3 模糊PID控制器组合  58
  4.4 自适应模糊PID控制器在NCS中的应用  58-68
    4.4.1 概述  58-59
    4.4.2 自适应模糊PID控制器设计  59-62
    4.4.3 模糊控制算法  62-66
    4.4.4 实例仿真分析  66-68
  4.5 本章小结  68-69
第五章 总结与展望  69-71
  5.1 总结  69
  5.2 展望  69-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间发表的学术论文  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 模糊控制、模糊控制系统
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