现场总线控制系统实时建模、分析与调度方法的研究

摘要

论文的主要内容和创新之处如下:1.对基金会现场总线FF系统周期性任务提出类似于作业车间调度问题和基于顺序图两种静态实时调度模型,采用遗传算法和混合遗传算法构造静态调度表,满足了系统时间、顺序和资源的约束,并分析了系统的可调度性条件.2.对FF系统非周期性任务提出轮询服务器和以响应时间作为性能优化指标两种改进调度算法,提高了非周期任务的响应性能,并进一步考虑了调度时间延迟对控制性能的影响.3.对OPC服务器建立了混合任务的实时调度模型,应用动态设定非周期性任务截止期的方法改进了动态调度算法,提高了系统的利用率和非周期性任务的响应性能,并分析了可调度性条件和响应性能.4.对实时数据库提出模糊实时调度模型,综合考虑了任务关键度和时间特征的不确定性,设计了模糊实时调度器的结构和参数,提高了系统在过载情况下的性能,并优化了调度器的参数.5.对远程监控系统提出了基于服务质量QoS反馈的实时调度模型,在利用率和错过率单回路控制的基础上建立了基于自适应切换的混合反馈控制结构,设计了控制器参数和自适应切换的条件,在保证系统静态性能的同时提高了动态响应性能.

目录

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第一章绪论

1.1现场总线控制系统的研究背景

1.1.1现场总线的介绍

1.1.2现场总线的国际标准

1.1.3现场总线的发展现状

1.2现场总线控制系统的研究现状

1.2.1过程控制层

1.2.2制造执行层

1.2.3生产管理层

1.3现场总线控制系统的实时性问题

1.4本文的主要研究工作及组织

第二章实时系统与优化的理论和方法

2.1实时系统

2.1.1实时系统的概述

2.1.2任务调度

2.1.3任务的约束与性能指标

2.1.4调度算法的分类

2.1.5典型的实时调度算法

2.2遗传算法

2.2.1遗传算法的基本思想

2.2.2遗传算法的构成和特点

2.2.3遗传算法的数学基础

2.3小结

第三章过程控制层实时建模、分析和调度方法的研究

3.1 FF现场总线系统调度模型

3.1.1FF现场总线通信调度模型

3.1.2 FF功能块调度模型

3.1.3 FF系统调度模型

3.2类似于JSSP的周期性任务调度

3.2.1类似于JSSP的统一调度模型

3.2.2用遗传算法实现静态实时调度的设计

3.2.3可调度性条件的分析

3.2.4实验结果

3.3基于顺序图的周期性任务调度

3.3.1基于顺序图的调度模型

3.3.2调度方法的设计

3.3.3实验结果

3.4 FF非周期性通信任务调度方法与性能分析

3.4.1非周期性任务的服务过程

3.4.2非周期性任务的调度模型

3.4.3响应性能的优化方法

3.4.4可调度性条件分析

3.4.5实验结果

3.5针对控制性能对调度的进一步优化

3.6小结

第四章制造执行层实时建模、分析与调度方法的研究

4.1 OPC实时建模、分析与调度方法的研究

4.1.1 OPC的介绍

4.1.2 OPC的功能与接口

4.1.3 OPC服务器的调度模型

4.1.4动态调度算法设计

4.1.5调度算法的实现

4.1.6可调度性和响应性能分析

4.1.7实验结果

4.1.8小结

4.2实时数据库实时建模、分析与调度方法研究

4.2.1实时数据库的介绍

4.2.3实时任务的调度模型

4.2.4模糊实时调度算法

4.2.5参数的优化设计

4.2.6实验结果

4.2.7小结

第五章生产管理层实时建模、分析与调度方法的研究

5.1基于Internet的远程监控系统

5.1.1远程监控系统信息特性

5.1.2远程监控系统实时性特点

5.2闭环反馈式实时调度的结构

5.3闭环反馈式实时调度的模型与参数

5.4闭环反馈式实时调度控制器的设计

5.4.1利用率反馈控制调度算法

5.4.2错过率反馈控制调度算法

5.4.3自适应切换的混合反馈控制调度算法

5.5小结

第六章结束语

参考文献

作者在攻读博士期间发表论文和参加科研项目情况

致谢