网络控制系统的实时调度研究与仿真

论文摘要

网络控制系统是控制学科、计算机及网络技术的综合应用。然而,在网络控制系统中,仅仅以传统的方式考察系统性能是不够的,网络资源的利用和网络任务的调度都会影响网络控制系统的稳定性。因此,网络调度是网络控制系统的重要研究问题之一,网络控制系统中的调度问题主要是为了解决网络任务之间资源的竞争从而使得系统达到可调度和稳定输出的一类问题。现有的调度算法很多都是基于网络利用率小于1时的调度,而不是在总体上考虑网络控制系统所能遇到的问题,因此,本文在前人研究的基础上,首先分析了三种控制网络的优缺点,并用仿真验证了它们的在不同负载下的实时性表现。然后主要针对CAN网络,分析了网络控制系统在应用层上的调度算法。鉴于经典的调度算法都是开环调度,结合闭环调度思想,本文首先提出了一种全面考虑网络调度的综合调度算法(SSA),并在此基础上成功地搭建了反馈调度仿真平台进行验证。然后针对其中的动态采样周期算法存在的问题,本文提出了改进方法IDPA算法。最后针对SSA中的网络负载可变化且网络利用率大于1的情况,本文提出一种动态采样周期和死区反馈调度算法,通过truetime仿真平台较好地解决了此类问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 网络控制系统的产生背景
• 1.2 网络控制系统中的基本问题
• 1.2.1 网络时延
• 1.2.2 时变传输周期
• 1.2.3 多率采样
• 1.2.4 网络带宽限制
• 1.2.5 单包/多包传输
• 1.2.6 数据包时序错乱
• 1.2.7 数据包丢失
• 1.2.8 节点的驱动方式
• 1.2.9 时钟同步
• 1.3 网络控制系统中的调度问题和本文的意义
• 1.4 网络控制系统调度的研究现状和发展趋势
• 1.4.1 网络控制系统的研究现状
• 1.4.2 网络控制系统调度问题的发展趋势
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 控制网络的分析及其时延仿真
• 2.1 三种典型的控制网络
• 2.2 控制网络协议分析
• 2.2.1 以太网（CSMA/CD）
• 2.2.2 控制网（Token-Passing Bus）
• 2.2.3 设备网（CAN Bus）
• 2.3 三类控制网络的时延仿真比较
• 2.4 本章小节
• 第3章 网络控制系统的调度算法研究
• 3.1 网络控制系统的调度概述
• 3.2 网络调度的基本参数说明
• 3.3 网络控制常见的调度算法的介绍
• 3.3.1 FP固定优先级算法
• 3.3.2 RM调度算法
• 3.3.3 EDF调度算法
• 3.4 采样周期对网络控制系统的影响
• 3.5 基于采样周期优化的调度算法的仿真
• 3.5.1 单任务网络控制系统
• 3.5.2 多任务网络控制系统
• 3.5.3 基于 RM和EDF调度算法的采样周期优化
• 3.6 闭环反馈调度
• 3.7 综合调度算法（SSA，Synthesized Scheduling Algorithm）
• 3.8 针对 SSA中系统过载时的验证实例
• 3.9 改进的动态采样周期算法（IDPA，Improving Dynamic Period Algorithm）
• 3.10 本章小结
• 第4章 SSA中动态采样周期和死区反馈调度的研究
• 4.1 负载变化时改进前的系统输出
• 4.2 动态采样周期和死区反馈（FSD）
• 4.2.1 死区反馈调度算法的提出
• 4.2.2 采样周期和死区反馈调度的结合
• 4.2.3 使用 FSD算法改进后的系统输出
• 4.3 改进前后网络控制系统的时延对比测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文的总结
• 5.2 本文的不足之处和改进方向
• 参考文献
• 致谢