基于改进EDF调度策略的网络控制系统性能研究

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网络控制系统是涉及计算机技术、通信网络及控制科学的新兴综合应用。传统的控制理论和手段随着控制对象的增多和控制环境的复杂难以满足实际工作中的需要。网络控制系统因其资源共享、易于管理、安全性高以及可靠性好等优点,使它在智能机器人、工业控制、航天军工等领域得以广泛应用。同时作为多学科融合而产生的一门技术,也出现了众多新问题,如信道执行延迟、传输拥塞、数据包丢失等。任务在网络传输中对资源的竞争赋予了研究工作新的方向和含义,如何改善和提高网络控制系统中任务的执行效果,优化传输质量并提高对属性动态变化任务的适应性,维持控制系统稳定成为本文研究的中心任务。本文的研究主要有以下几个方面:(1)从该领域存在的基本问题和研究方向入手全面阐述了网络控制系统,基于此对调度工作的一些简单概念做出说明,对调度的方式进行分类并详细描述了各自典型的调度策略,分析静动态调度的特性和优缺点。(2)对不同网络下的传输协议做了说明,并搭建仿真平台验证不同调度策略和不同网络协议下的工作效果,确定在网络控制系统中适合任务传输的最佳网络环境和协议。(3)考虑到网络控制系统的整体性能与传输任务的时间属性和信道环境密切相关。本文在经典最早截止期优先EDF(earliest deadline first)策略上做出改进,从可调度条件出发,对任务动态变化时间区间进行精确化处理,并利用各属性分布函数得到可调度条件的分布函数,同时依据两个判定规则即可能性和必要性条件,最终确定符合要求的可调度变量精确值并以此得到任务属性精确的执行时间和周期值,在此基础上,进行不同丢包率和干扰率下的任务传输。克服了传统方法下优先级不定导致性能下降的缺陷,改善了系统输出质量,同时提高了系统对不良影响因素的适应性。(4)考虑网络控制系统中传统控制方法无法随环境动态调整自身属性,本文对传统PID控制器进行优化,融合模糊控制理论设计了模糊的PID控制器,在改进EDF调度策略基础上进行数据传输。通过对调度算法和控制器的双重优化实现任务执行过程中资源的合理分配,减少无效竞争和信息拥塞等问题,使网络控制系统性能得到进一步提升。本文通过建立网络控制系统的多回路任务模型,对改进EDF调度策略下的任务传输进行仿真验证,证明了该方法可以有效提高执行时间及周期动态变化下任务的适应性、改善任务的传输质量和维持良好的系统稳定性。
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