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(dòng)化系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，對(duì)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(wèn)題帶來(lái)的保養(yǎng)和維護(hù)成本巨大，因此可靠性監(jiān)控及狀態(tài)預(yù)測(cè)對(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)支線路物理連接會(huì)形成隨機(jī)性微秒級(jí)關(guān)斷，造成通信報(bào)文的丟失，進(jìn)而對(duì)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(duì)通信系統(tǒng)中錯(cuò)誤幀事件離散化建模，通過(guò)參數(shù)

2、分析對(duì)比優(yōu)化控制圖，實(shí)現(xiàn)了CAN網(wǎng)絡(luò)總線通信質(zhì)量的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控和早期預(yù)警。并運(yùn)用故障界定原理和期望分布進(jìn)行節(jié)點(diǎn)脫離總線時(shí)間預(yù)測(cè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，驗(yàn)證了CAN網(wǎng)絡(luò)故障早期預(yù)警方案的有效性和準(zhǔn)確性。
　　論文第一章在簡(jiǎn)要介紹CAN網(wǎng)絡(luò)通信故障對(duì)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的影響和錯(cuò)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(guò)對(duì)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(shí)間預(yù)測(cè)方面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分

3、析，更進(jìn)一步的明確了該課題的研究意義和研究?jī)r(jià)值;最后，提出了本課題研究的主要目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容，為以后的研究工作確定了方向。
　　論文第二章主要在錯(cuò)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(diǎn)估計(jì)方案。在模型參數(shù)化求解及驗(yàn)證過(guò)程中，設(shè)計(jì)并分析了參數(shù)初始值物理意義及時(shí)間觀測(cè)窗口優(yōu)化方案。最后，根據(jù)GZIP模型估算結(jié)果采用對(duì)比分析方案驗(yàn)證了模型描述錯(cuò)誤幀事件分布的有效性。
　　

4、論文第三章主要結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)模型參數(shù)特征和預(yù)警方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。在模型參數(shù)上，似然置信域參數(shù)區(qū)間估計(jì)和參數(shù)預(yù)估假設(shè)檢驗(yàn)方案的對(duì)比分析，為模型參數(shù)的區(qū)間估計(jì)提供了較為準(zhǔn)確的分析方案，確保了模型參數(shù)點(diǎn)估計(jì)值的有效性;最小樣本長(zhǎng)度的計(jì)算為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建模確保了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和分析效率的提高;除此之外，通過(guò)模型及參數(shù)的分布趨勢(shì)分析總線錯(cuò)誤注入速率對(duì)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?cái)?shù)據(jù)受控程度，實(shí)

5、現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控和早期預(yù)警。
　　論文第四章在節(jié)點(diǎn)故障界定原理分析基礎(chǔ)上，確定內(nèi)置發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器TEC值的變化規(guī)律。并結(jié)合更新過(guò)程中錯(cuò)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(guò)期望和時(shí)間觀測(cè)窗口比值建立Hitting-time關(guān)系庫(kù)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中通過(guò)對(duì)篩選出仲裁區(qū)錯(cuò)誤幀的數(shù)據(jù)建模參數(shù)及置信區(qū)間計(jì)算，得到Hitting-time的估計(jì)值和分析區(qū)間，最后驗(yàn)證了Hitting-time預(yù)測(cè)值能較好的符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6、，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)通信中節(jié)點(diǎn)總線關(guān)閉狀態(tài)的初步預(yù)測(cè)。
　　論文的第五章對(duì)本課題已完成的研究工作和實(shí)驗(yàn)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(wèn)題，提出了以后的研究工作中應(yīng)該開展的重難點(diǎn)。
　　早期故障預(yù)警建模分析的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是錯(cuò)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(cuò)誤幀采集的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。論文附錄A對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)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