CAN網(wǎng)絡(luò)故障的早期預(yù)警方法研究.pdf

1、隨著工業(yè)控制系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量可靠性控制難度也變得更大，而且每年因網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可靠性問題帶來的保養(yǎng)和維護成本巨大，因此可靠性監(jiān)控及狀態(tài)預(yù)測對于工業(yè)生產(chǎn)制造具有非常重要的意義。暫態(tài)性連接故障是影響網(wǎng)絡(luò)可靠性的眾多因素之一，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點支線路物理連接會形成隨機性微秒級關(guān)斷，造成通信報文的丟失，進而對產(chǎn)品質(zhì)量甚至人身安全造成影響。在本課題研究中，在提出廣義零膨脹泊松模型基礎(chǔ)上，對通信系統(tǒng)中錯誤幀事件離散化建模，通過參數(shù)

2、分析對比優(yōu)化控制圖，實現(xiàn)了CAN網(wǎng)絡(luò)總線通信質(zhì)量的在線實時監(jiān)控和早期預(yù)警。并運用故障界定原理和期望分布進行節(jié)點脫離總線時間預(yù)測，通過實驗設(shè)計分析，驗證了CAN網(wǎng)絡(luò)故障早期預(yù)警方案的有效性和準確性。
　　論文第一章在簡要介紹CAN網(wǎng)絡(luò)通信故障對生產(chǎn)控制系統(tǒng)的影響和錯誤幀事件離散化分析方法的基礎(chǔ)上，提出了CAN總線網(wǎng)絡(luò)可靠性監(jiān)控的重要性。通過對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信性能及應(yīng)用、CAN網(wǎng)絡(luò)可靠性監(jiān)控和基于離散事件狀態(tài)時間預(yù)測方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分

3、析，更進一步的明確了該課題的研究意義和研究價值;最后，提出了本課題研究的主要目標和研究內(nèi)容，為以后的研究工作確定了方向。
　　論文第二章主要在錯誤幀觸發(fā)原理分析基礎(chǔ)上，將故障事件離散化分類處理，并提出了符合故障事件分布特征的GZIP模型及參數(shù)點估計方案。在模型參數(shù)化求解及驗證過程中，設(shè)計并分析了參數(shù)初始值物理意義及時間觀測窗口優(yōu)化方案。最后，根據(jù)GZIP模型估算結(jié)果采用對比分析方案驗證了模型描述錯誤幀事件分布的有效性。
　　

4、論文第三章主要結(jié)合實驗對模型參數(shù)特征和預(yù)警方案設(shè)計進行了研究。在模型參數(shù)上，似然置信域參數(shù)區(qū)間估計和參數(shù)預(yù)估假設(shè)檢驗方案的對比分析，為模型參數(shù)的區(qū)間估計提供了較為準確的分析方案，確保了模型參數(shù)點估計值的有效性;最小樣本長度的計算為實驗數(shù)據(jù)建模確保了準確的數(shù)據(jù)和分析效率的提高;除此之外，通過模型及參數(shù)的分布趨勢分析總線錯誤注入速率對模型參數(shù)影響，為控制圖的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。最后利用RPC控制圖特性和GZIP模型分布參數(shù)區(qū)間監(jiān)控數(shù)據(jù)受控程度，實

5、現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)故障的實時監(jiān)控和早期預(yù)警。
　　論文第四章在節(jié)點故障界定原理分析基礎(chǔ)上，確定內(nèi)置發(fā)送錯誤計數(shù)器TEC值的變化規(guī)律。并結(jié)合更新過程中錯誤幀頻數(shù)定義確定期望主參數(shù)分析方案。基于整數(shù)倍輪詢周期，通過期望和時間觀測窗口比值建立Hitting-time關(guān)系庫。實驗驗證中通過對篩選出仲裁區(qū)錯誤幀的數(shù)據(jù)建模參數(shù)及置信區(qū)間計算，得到Hitting-time的估計值和分析區(qū)間，最后驗證了Hitting-time預(yù)測值能較好的符合實驗結(jié)果

6、，實現(xiàn)了系統(tǒng)通信中節(jié)點總線關(guān)閉狀態(tài)的初步預(yù)測。
　　論文的第五章對本課題已完成的研究工作和實驗結(jié)果作了全面的總結(jié)，并指出了在研究工作中存在的問題，提出了以后的研究工作中應(yīng)該開展的重難點。
　　早期故障預(yù)警建模分析的實驗基礎(chǔ)是錯誤幀事件的捕獲和離散化處理。為此，搭建了基于CAN網(wǎng)絡(luò)錯誤幀采集的實驗系統(tǒng)平臺。論文附錄A對系統(tǒng)平臺的具體結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法進行了簡單介紹，主要包括:DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置、暫態(tài)性連接故