基于死区调度算法的无线网络控制系统时延问题的研究

发布时间：2017-08-04 20:28

  本文关键词：基于死区调度算法的无线网络控制系统时延问题的研究

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【摘要】：WiNCS(Wireless Networked Control System,无线网络控制系统)是将计算机网络技术和无线通信技术应用在传统控制系统上的空间分布式控制系统。在WiNCS中,网络时延是破坏系统的稳定性、降低系统的控制性能的重要问题之一。因此深入研究WiNCS的时延问题,并寻求降低时延影响的有效方法,对WiNCS的分析设计具有重要意义。论文建立带有网络时延的WiNCS的数学模型,并在此基础上分析时延对系统性能的影响。然后分析基于传统死区调度算法的时延优化的工作原理,将模糊算法与死区调度算法结合设计出一种数据调度算法,其在满足网络服务质量的同时能保证系统控制性能,最后利用软件仿真验证算法有效性。首先,根据系统的组成单元、网络拓扑结构和数据的无线传输协议建立带有网络时延的WiNCS的数学模型,然后分析WiNCS中时延的组成及测量方法,对建立的数学模型进行仿真验证,得到时延对系统性能指标(主要包括超调量和调节时间)的干扰程度。其次,将死区调度算法应用到WiNCS中,通过设置传输死区实时调整数据传输量,达到降低网络时延影响的目的。对死区调度算法的工作原理进行分析,并基于数据传输流程和网络协议对无线信道中信息传输的基本过程进行分析,得到结论:在理论上死区调度算法确实可以减少网络拥塞的发生概率,降低网络时延,但同时造成系统控制性能和网络服务质量的下降。随后,针对常规死区调度算法导致的不能同时满足系统控制性能和网络服务质量两种指标的问题,将死区调度算法与模糊算法结合,引入网络拥塞度设计模糊死区调度算法,使得死区阈值能够基于通信网络负载变化实现自适应调整。最后,采用TrueTime1.5工具箱作为仿真工具,选取移动机器人为被控对象,以无线网络环境下的多回路轨迹跟踪为仿真系统,建立基于模糊死区调度算法的WiNCS仿真模型。仿真结果显示:模糊死区调度算法能在网络服务质量指标范围内降低网络时延,同时系统成功实现移动机器人的轨迹跟踪控制,满足系统控制性能指标要求。
【关键词】：无线网络控制系统 时延 传输死区 模糊算法
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.2 WiNCS时延问题的国内外研究现状10-15
• 1.2.1 WiNCS时延优化算法的国内外研究现状10-11
• 1.2.2 死区调度算法的国内外研究现状11-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 2 无线网络控制系统时延问题分析16-28
• 2.1 无线网络控制系统的组成结构16-21
• 2.1.1 系统组成和网络结构16-17
• 2.1.2 网络协议17-19
• 2.1.3 数据的无线传输19-21
• 2.2 时延的组成及测量方法21-22
• 2.2.1 网络时延的特点和成分21-22
• 2.2.2 时延的测量方法22
• 2.3 不同类型时延的WiNCS分析22-26
• 2.3.1 短时延的WiNCS分析23-24
• 2.3.2 长时延的WiNCS分析24-26
• 2.4 时延导致的系统性能问题26-28
• 2.4.1 WiNCS的性能指标26
• 2.4.2 时延对WiNCS的系统控制性能的影响26-28
• 3 模糊死区调度算法28-40
• 3.1 变死区调度算法的设计28-32
• 3.1.1 死区调度算法的工作原理28-30
• 3.1.2 数据传输流程的改进30-31
• 3.1.3 变死区调度算法实现步骤31-32
• 3.2 死区阈值的模糊优化设计32-39
• 3.2.1 模糊专家系统的结构和流程32-34
• 3.2.2 清晰量的模糊化34-36
• 3.2.3 模糊控制规则的设计36-37
• 3.2.4 模糊量的解模糊37-39
• 3.3 基于模糊死区调度算法的时延优化策略39-40
• 4 模糊死区调度算法在无线网络控制系统的应用40-57
• 4.1 基于模糊死区调度算法的系统仿真设计40-45
• 4.1.1 建立被控对象的离散化模型40-43
• 4.1.2 确定系统控制算法43-44
• 4.1.3 建立基于模糊死区调度算法的系统结构模型44-45
• 4.2 基于模糊死区调度算法的WiNCS仿真实验45-57
• 4.2.1 用TrueTime工具箱搭建无线网络控制系统45-47
• 4.2.2 仿真实验及结果分析47-57
• 结论57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 攻读学位期间的研究成果62

【参考文献】

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本文编号：621557