資源約束實時控制系統(tǒng)反饋調(diào)度的研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，實時控制系統(tǒng)（RTCS）資源約束特性日益突出。同時，由于諸多不確定因素和工作負(fù)載的動態(tài)變化，RTCS總是運(yùn)行在不可預(yù)期的開放環(huán)境中。在這種新的實現(xiàn)環(huán)境下，傳統(tǒng)以控制與調(diào)度分離為特征的控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)方法無法提供必需的控制質(zhì)量（QoC）保證。 本文考察了計算與控制學(xué)科不斷融合的發(fā)展趨勢，立足于控制與調(diào)度協(xié)同設(shè)計的研究新思路，從動態(tài)資源管理的獨(dú)特視角研究了RTCS中存在的一些新問題。針對問題建立了集成控制與

2、調(diào)度協(xié)同設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)，提出了一些基于先進(jìn)控制算法的實時控制系統(tǒng)反饋調(diào)度方法。重點(diǎn)考慮CPU和能量這兩類資源約束問題，分別提出了基于支持向量機(jī)的計算資源反饋調(diào)度和基于模糊邏輯的能量資源反饋調(diào)度方法。主要研究內(nèi)容如下： 在CPU調(diào)度方面，本文考慮處理器速率有限的多任務(wù)嵌入式控制系統(tǒng)。由于諸多不確定性因素和工作負(fù)載的動態(tài)變化，系統(tǒng)總是運(yùn)行在不可預(yù)期的開放環(huán)境中。首先為優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，給出了最優(yōu)反饋調(diào)度問題的數(shù)學(xué)描述，并探討了相關(guān)

3、的數(shù)學(xué)求解方法。為了克服數(shù)學(xué)最優(yōu)反饋調(diào)度方法計算量過大，不適合在線使用的缺點(diǎn)，我們提出了一種基于支持向量機(jī)的計算資源反饋調(diào)度方法。它周期性地監(jiān)測系統(tǒng)計算資源，根據(jù)可使用的最大CPU利用率，通過SVM在線預(yù)測，得到各個控制回路的下一個采樣周期，從而實現(xiàn)系統(tǒng)計算資源的動態(tài)分配。通過仿真實驗驗證了該反饋調(diào)度方法的性能，并與理想情況、傳統(tǒng)開環(huán)調(diào)度方法進(jìn)行了比較，顯示了其優(yōu)越性。 在能量管理方面，本文試圖在保障嵌入式控制系統(tǒng)QoC的同時盡

4、可能降低處理器能耗。在保證系統(tǒng)整體控制性能的前提下達(dá)到盡可能低的能耗，一直是嵌入式控制系統(tǒng)中能量管理的目標(biāo)。由于諸多不確定性因素和負(fù)載的動態(tài)變化，嵌入式系統(tǒng)總是運(yùn)行在不可預(yù)期的開放環(huán)境中。為了有效處理CPU負(fù)載變化及控制任務(wù)執(zhí)行時間不確定等問題，我們提出了一種基于模糊邏輯的能量覺察反饋調(diào)度方法。反饋調(diào)度器動態(tài)調(diào)節(jié)CPU的處理速度，實現(xiàn)對CPU利用率的有效控制，從而提供了一種有效的能量管理機(jī)制。通過仿真實驗與常規(guī)動態(tài)電壓調(diào)整方法、傳統(tǒng)方法