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

1、實(shí)時控制系統(tǒng)(RTCS)通常是指在實(shí)時操作系統(tǒng)(RTOS)上執(zhí)行多個控制任務(wù),在有限處理器資源上實(shí)現(xiàn)競爭性使用。實(shí)時控制系統(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)控制器同時考慮調(diào)度引起的固有抖動特性對性能指標(biāo)的影響,保證控制對象允許運(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)度性同時提高控制系統(tǒng)性能。本文以提高有限資源下實(shí)時系統(tǒng)控制性能為目的,對實(shí)時控制系統(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φ{(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影響實(shí)時系統(tǒng)中任務(wù)的可調(diào)度性能。反之,調(diào)度引起的采樣抖動和輸入輸出時延抖動也會在不同程度上影響控制系統(tǒng)性能。
　　 2.針對控制任務(wù)的不確定性引起的實(shí)時系統(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)時系統(tǒng)超載,通過檢測任務(wù)作業(yè)實(shí)際執(zhí)行時

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)動態(tài)變化的系統(tǒng)負(fù)載,提高實(shí)時控制系統(tǒng)的可調(diào)度性,保證控制對象性能。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)時系統(tǒng)超載。
　　 3.為保證實(shí)時控制系統(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,基于時間觸發(fā)采樣的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),對任務(wù)的控制性能和空閑時間兩個特征參數(shù)進(jìn)行模糊調(diào)度設(shè)計(jì),構(gòu)造一個多準(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)的截止期錯失率,提高系統(tǒng)的可調(diào)度性能,在系統(tǒng)超載時保證重要任務(wù)穩(wěn)定的控制性能。
　　 4.針對抖動有界離散控制系統(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,使用簡單靈活。
　　 5.針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中長延時(延時超過一個任務(wù)周期

5、)問題,提出了一種預(yù)測補(bǔ)償算法與網(wǎng)絡(luò)調(diào)度協(xié)同設(shè)計(jì)方法。當(dāng)輸出信號在傳輸過程中延時或丟失時,預(yù)測補(bǔ)償算法輸出控制預(yù)測值到控制對象以維持信號更新,用預(yù)測控制補(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,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)用研究對象,對深海集礦機(jī)嵌入式多任務(wù)實(shí)時控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì),基于自適應(yīng)反饋彈