基于时延预测的网络控制系统调度策略的优化设计与研究

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随着计算机科学技术的发展,网络被越来越多的应用到了工业控制领域中。网络控制系统(NetworkedControl System,NCS)是指传感器、控制器和执行器通过网络传输数据信息,形成闭环回路,以实现对被控对象的控制的系统。与传统的控制系统相比,网络控制系统不但克服了地理约束,实现了远距离的信息传输,而且通讯方式也由单一的点对点发展为一点对多点的方式。网络控制系统最大的优势在于它传输信息的实时性。然而,由于网络自身的复杂性,NCS中不可避免的存在网络时延、丢包乱序等问题,影响着系统的性能。  NCS由网络和控制两方面组成,它的性能指标既取决于控制系统的控制质量(控制算法),也取决于网络的服务质量(资源的调度)。采样周期作为这两者间的关键因素,对系统性能具有重要影响。  本文首先通过建模,分析了时延对系统性能的影响效果。然后详细介绍了两种典型的调度算法:RM调度算法和EDF调度算法。最后根据时延与采样周期之间不可分割的相互关系,采用调度与控制协同设计的思想,建立一个智能动态调度模型,通过对采样周期进行优化,实现对NCS的智能动态调度。本文针对具有多回路的网络控制系统中存在的时延问题,应用 BP神经网络中的SVR方法进行时延预测,根据采样周期和时延对系统稳定性的影响,确定系统性能指标函数,应用遗传算法对采样周期进行优化,确定系统各回路的采样周期,从而提高系统的服务质量。
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