基于变采样周期的网络化系统控制与调度的协同设计

摘要

控制与调度的协同设计是解决网络化系统资源受限这一瓶颈问题的重要方法，其目的是同时保证控制系统的品质（Qualityof Performance简称QoP）和通讯网络的服务质量（Qualityof Service，简称QoS）。采样周期是联系控制性能与网络利用率的纽带。本文正是基于这种纽带关系对网络化系统采用变采样周期策略，动态调整各个子系统的采样周期，从而实现网络控制系统(Networked Control System)控制与调度的系统设计。具体内容如下:
　　 (1)首先概括了网络控制系统的发展历程及因采样周期选取衍生的相关问题，并在此基础上综述了当前网络控制系统协同设计的国内外研究现状，并于本部分最后指出网络化系统采用变采样周期周期的必要性和必然性;
　　 (2)进一步，对网络控制系统的多率采样理论基础及相关问题进行简要阐述，并为后续的研究提供一定的理论依据;
　　 (3)提出了一种基于变采样周期的网络化系统的协同设计方法。首先从带宽调度方面，根据被控对象的特性和运动状态进行实时采样周期周期调整以降低网络时延;进一步，从控制器设计方面，设计了一种基于增广状态空间的控制策略来对抗网络控制系统中的时延，即将时延融入到线性系统的控制器设计中;
　　 (4)本部分是在(3)基础上的进一步细化，给出了一种基于比例误差的采样周期调度方法，在保证系统稳定性的基础之上也证明了网络带宽与控制性能之间的关系;
　　 (5)最后，对本文的研究工作做了相应的总结，并对未来网络控制系统控制与调度协同设计在该方面的研究作了必要的展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 NCS中关于采样周期的衍生问题

1．2．1 网络诱导时延

1．2．2 数据包丢失与空采样

1．2．3 采样抖动

1．2．4 通信约束问题

1．2．5 采样周期调度

1．3 本论文的研究工作

第2章 网络化系统中控制与调度的协同设计

2．1 基于计算机理论的方法

2．1．1 CPU调度

2．1．2 协议调度

2．2 基于通信理论的方法

2．2．1 带宽配置

2．2．2 信息量化及编码

2．3 基于控制理论的方法

2．3．1 结合网络特性的控制

2．3．2 采样周期控制

2．3．3 智能控制算法

第3章 网络化系统的多率采样理论基础

3．1 多率采样的产生

3．2 多率采样NCS的相关描述

3．3 多率采样NCS研究的关键问题

3．4 基于变采样周期的NCS控制与调度的协同设计

第4章 基于变采样周期的时延NCS的协同设计

4．1 引言

4．2 多回路NCS建模

4．3 多回路NCS的采样周期调度

4．3．1 带宽的初分配

4．3．2 带宽的再分配

4．4 单回路的时延NCS控制器设计

4．5 仿真实例

第5章 基于误差函数的变采样周期调度

5．1 引言

5．2 NCS建模及相关描述

5．3 基于误差的带宽配置策略算法

5．4 仿真验证

结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文