實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究.pdf

1、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(RTCS)通常是指在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)上執(zhí)行多個(gè)控制任務(wù),在有限處理器資源上實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)性使用。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)是將控制理論與調(diào)度策略相結(jié)合,在設(shè)計(jì)控制器同時(shí)考慮調(diào)度引起的固有抖動(dòng)特性對(duì)性能指標(biāo)的影響,保證控制對(duì)象允許運(yùn)行的性能指標(biāo)。另一方面,在調(diào)度算法的研究過程中,也應(yīng)考慮控制器設(shè)計(jì)參數(shù)約束,在提高任務(wù)的可調(diào)度性同時(shí)提高控制系統(tǒng)性能。本文以提高有限資源下實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制性能為目的,對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用進(jìn)行了

2、深入的研究,論文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　 1.分析研究實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中控制和調(diào)度之間的相互影響,為系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)提供支持?？刂茖?duì)調(diào)度的影響主要是指不同的處理機(jī)負(fù)載或不同的控制性能要求都會(huì)影響實(shí)時(shí)系統(tǒng)中任務(wù)的可調(diào)度性能。反之,調(diào)度引起的采樣抖動(dòng)和輸入輸出時(shí)延抖動(dòng)也會(huì)在不同程度上影響控制系統(tǒng)性能。
　　 2.針對(duì)控制任務(wù)的不確定性引起的實(shí)時(shí)系統(tǒng)負(fù)載變化,提出一種自適應(yīng)反饋彈性周期模型處理實(shí)時(shí)系統(tǒng)超載,通過檢測(cè)任務(wù)作業(yè)實(shí)際執(zhí)行時(shí)

3、間,計(jì)算處理機(jī)利用率預(yù)估值,在線自適應(yīng)調(diào)節(jié)任務(wù)周期來適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)負(fù)載,提高實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的可調(diào)度性,保證控制對(duì)象性能。仿真實(shí)例表明,該協(xié)同設(shè)計(jì)模型有效實(shí)用,并能以更靈活的方式處理實(shí)時(shí)系統(tǒng)超載。
　　 3.為保證實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中關(guān)鍵任務(wù)的可調(diào)度性并提高控制系統(tǒng)性能,提出一種雙參數(shù)模糊調(diào)度設(shè)計(jì)算法,基于時(shí)間觸發(fā)采樣的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),對(duì)任務(wù)的控制性能和空閑時(shí)間兩個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行模糊調(diào)度設(shè)計(jì),構(gòu)造一個(gè)多準(zhǔn)則優(yōu)化調(diào)度方法,在正常負(fù)載下減少

4、所有任務(wù)的截止期錯(cuò)失率,提高系統(tǒng)的可調(diào)度性能,在系統(tǒng)超載時(shí)保證重要任務(wù)穩(wěn)定的控制性能。
　　 4.針對(duì)抖動(dòng)有界離散控制系統(tǒng),提出了一種基于補(bǔ)償控制算法下的穩(wěn)定性判據(jù),采用區(qū)間代數(shù)方法構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度中離散系統(tǒng)閉環(huán)區(qū)間狀態(tài)矩陣,利用李雅普諾夫方程和矩陣的無窮范數(shù),導(dǎo)出區(qū)間系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定充分條件,實(shí)例計(jì)算表明,該判據(jù)具有較小的計(jì)算量和保守性,使用簡(jiǎn)單靈活。
　　 5.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中長(zhǎng)延時(shí)(延時(shí)超過一個(gè)任務(wù)周期

5、)問題,提出了一種預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法與網(wǎng)絡(luò)調(diào)度協(xié)同設(shè)計(jì)方法。當(dāng)輸出信號(hào)在傳輸過程中延時(shí)或丟失時(shí),預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法輸出控制預(yù)測(cè)值到控制對(duì)象以維持信號(hào)更新,用預(yù)測(cè)控制補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)無法保證時(shí),通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)度改變?nèi)蝿?wù)采樣速率,降低控制任務(wù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。仿真表明,該方法在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)有界條件下可以提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能。
　　 6.以深海集礦機(jī)控制系統(tǒng)作為應(yīng)用研究對(duì)象,對(duì)深海集礦機(jī)嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì),基于自適應(yīng)反饋彈