安全關(guān)鍵DCS中控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的相關(guān)問題研究.pdf

1、控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度問題是安全關(guān)鍵分布式控制系統(tǒng)(SCDCS，Safety Critical DCS)設(shè)計的核心問題之一。相對于非安全關(guān)鍵DCS，SCDCS中控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度設(shè)計需要滿足更多方面的約束。以保證系統(tǒng)的可信性。本文對控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了深人的分析，在此基礎(chǔ)上從滿足系統(tǒng)的控制性能、實時性和防危性要求出發(fā)，圍繞著控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度設(shè)計的前提條件--網(wǎng)絡(luò)傳輸周期、具有防危隔離機制的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法和CAN網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)實時調(diào)度等三個方面內(nèi)

2、容進行了研究。本文的主要研究成果如下：
　　 (1)綜述了安全關(guān)鍵系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)的特點，分析了控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度問題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化設(shè)計研究中存在的問題，提出了控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度應(yīng)該滿足系統(tǒng)控制性能、實時性和防危性等多方面的約束。
　　 (2)針對回路是多輸入多輸出的多回路SCDCS，提出了基于控制和調(diào)度集成設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)傳輸周期確定方法。在該方法中，采用狀態(tài)相對誤差來描述回路控制性能

3、，建立了回路性能函數(shù)的表達式；利用Lyapunov理論和矩陣測度特性分別推導(dǎo)出回路漸進穩(wěn)定和具有指定穩(wěn)定度的充分條件；在此基礎(chǔ)上分別建立了回路最大允許傳輸間隔(MATI)求取公式。
　　 (3)將類似于防危核技術(shù)的時間隔離機制引入到控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中，提出了具有防危隔離機制(TIM)的開放式網(wǎng)絡(luò)調(diào)度框架；通過對該調(diào)度框架的分析，建立了三層結(jié)構(gòu)的實時調(diào)度模型；針對該模型中輪轉(zhuǎn)式非搶占EDF算法，推導(dǎo)出了其可調(diào)度性的判定條件；在此基礎(chǔ)上

4、，提出了整個分層調(diào)度的可調(diào)度性判定條件，并給出了詳細的證明。利用該判定條件建立了網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中時間參數(shù)的求取方法。
　　 (4)推導(dǎo)出了理想傳輸和實際傳輸情況下CAN消息的最壞傳送時間公式，分析了CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸中的隨機抖動對具有TIM網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法的影響。為降低該不良影響，將反饋調(diào)度引入到網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中來，建立了模糊反饋EDF調(diào)度(FFC-EDF)框架；給出了模糊控制器控制機理及其輸出量變化到調(diào)度參數(shù)變化的線性映射方法；分析了多網(wǎng)段結(jié)構(gòu)下