基于調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究

(1. 華南理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 廣州 510640； 2. 東莞理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 廣東 東莞 523808)

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摘 要：

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是資源受限（帶寬、時(shí)限）的系統(tǒng)，資源的有效調(diào)度對(duì)系統(tǒng)性能至關(guān)重要。在分析網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，綜述了目前網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中涉及調(diào)度問(wèn)題的研究現(xiàn)狀，并提出了基于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計(jì)的研究方法。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化; 時(shí)延； 調(diào)度； 協(xié)同設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP331.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：10013695(2008)12377505

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On networked motion control systems based on scheduling

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ZHAO Weiquan1，2， LI Di1 ， XU Qingui1，2

(1.School of Mechanical Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China； 2.School of Computer， Dongguan University of Technology， Dongguan Guangdong 523808， China)

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Abstract:Networked motion control system was a system with the limit of network bandwidth and deadline. It was critical for NMCS to schedule the limited resources of CPU and network. Based on the tipical structure and mathematical model of NMCS， summarized research status on scheduling of NMCS and proposed a codesign research method of scheduling and control for NMCS.

Key words：networked; delay; scheduling; codesign



0 引言 

隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)設(shè)備的性能和可靠性提出了更高的要求。這類(lèi)設(shè)備中很大一部分是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（即對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)）。從本質(zhì)上講，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)屬于一類(lèi)特殊的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，目前網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究已取得了一系列研究成果，但是大多數(shù)的研究都是針對(duì)一般意義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究并不多見(jiàn)。而網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)除具有一般網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的共性外，還具有自身的特點(diǎn)：

需要通過(guò)反饋控制，在有網(wǎng)絡(luò)參與的閉環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)參數(shù)(如位置、速度)的給定精度內(nèi)的適當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；

關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作必須在較短的時(shí)間(毫秒級(jí)甚至微秒級(jí))內(nèi)作出響應(yīng)；

對(duì)采樣頻率具有不同的要求(通常電流采樣為微秒級(jí)、速度采樣為毫秒級(jí))；

運(yùn)動(dòng)控制本身所具有的離散特征(如電力電子器件的開(kāi)關(guān)特性、計(jì)算機(jī)的數(shù)字特性等)。

運(yùn)動(dòng)控制要求系統(tǒng)實(shí)時(shí)性高、響應(yīng)速度快(毫秒甚至微秒級(jí))，而時(shí)延、丟包及節(jié)點(diǎn)間不同步等引起的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性，使網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究存在很多難點(diǎn)。解決這一問(wèn)題的有效途徑就是將控制問(wèn)題與實(shí)時(shí)性問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和控制性能的基礎(chǔ)上，優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)有限的資源（計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源），取得系統(tǒng)性能的整體優(yōu)化。所以，有必要專(zhuān)門(mén)針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下的資源調(diào)度和性能優(yōu)化進(jìn)行深入研究，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)高性能裝備制造業(yè)的發(fā)展有較強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)大多采用分層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，即各軸具有獨(dú)立的控制器和傳感器及觸發(fā)器，再由主控制器對(duì)各軸進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，分層結(jié)構(gòu)具有明顯的缺點(diǎn)：不便于節(jié)點(diǎn)的加入和功能的擴(kuò)充；在線任務(wù)監(jiān)控需要兩步才能完成（主控制器到各從控制器；再?gòu)妮S控制器到傳感器和觸發(fā)器）；信息交換量大，控制算法復(fù)雜。

隨著嵌入式處理器功能的不斷增強(qiáng)和體積不斷縮小及與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，以往分層的控制結(jié)構(gòu)正在逐漸被扁平（單層）結(jié)構(gòu)取代。扁平結(jié)構(gòu)是借用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的概念，即要求所有節(jié)點(diǎn)(主控制器、軸控制器、傳感器和觸發(fā)器)均具有一定的數(shù)據(jù)處理能力和通信能力，并且掛接于同一共享總線，形成分布式和網(wǎng)絡(luò)化的反饋控制系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)就是典型的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(networked control systems)，可以稱(chēng)做網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(networked motion control systems， NMCS)。主控制器完成控制任務(wù)，各軸均通過(guò)具有通信功能和簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理能力的智能節(jié)點(diǎn)組成，負(fù)責(zé)與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和控制功能執(zhí)行，主控制器上運(yùn)行多個(gè)控制任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各軸的獨(dú)立控制和協(xié)調(diào)同步控制。如果只考慮主處理器與各軸傳感器和觸發(fā)器的數(shù)據(jù)交換，可以將NMCS抽象為一種典型結(jié)構(gòu)，即單CPU下的多任務(wù)控制系統(tǒng)。NMCS的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。為研究方便，可以考慮將各軸的控制器任務(wù)直接施加給觸發(fā)器（即觸發(fā)器與控制器直接連接），可以將各控制任務(wù)映射于各節(jié)點(diǎn)，這樣，各軸的控制系統(tǒng)可以看做是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的閉環(huán)，通過(guò)傳感器和控制器與網(wǎng)絡(luò)連接。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 考慮時(shí)延的NMCS數(shù)學(xué)模型

作為一類(lèi)特殊的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的介入使網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在信息傳輸過(guò)程中不可避免地存在時(shí)延，而且網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)比一般的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)時(shí)延的要求更加苛刻。主要表現(xiàn)在：其周期性的響應(yīng)時(shí)間一般要求小于1ms，有的甚至要求小于250 μs；滿(mǎn)足時(shí)間的精確控制，作為衡量控制系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)的同步誤差一般要求小于1 μs。因此，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)建模時(shí)必須考慮時(shí)延對(duì)系統(tǒng)的影響。

從閉環(huán)控制的角度看，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、編碼器是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的。為表述方便可以沿用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的表示方法，用執(zhí)行器來(lái)表示驅(qū)動(dòng)器，用被控對(duì)象來(lái)表示電機(jī)，用傳感器來(lái)表示編碼器。如果將NMCS作為線性時(shí)不變系統(tǒng)，它的連續(xù)狀態(tài)空間模型可以描述如下^[1]：

dx(t)/dt=Ax(t)+Bu(t)（1）

y(t)=Cx(t)+Du(t)（2）



傳統(tǒng)的離散控制理論都假定，控制應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)能夠完全滿(mǎn)足離散時(shí)間數(shù)學(xué)模型的要求。但是，由于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的存在，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型需要重新考慮，可以大體分為三種情況。

1)不考慮時(shí)延的情況（即無(wú)時(shí)延存在時(shí)）

離散控制系統(tǒng)的經(jīng)典模型假定每一個(gè)采樣周期h內(nèi)，控制算法均被立即執(zhí)行，因此符合等間隔采樣和觸發(fā)。基于該假設(shè)，離散系統(tǒng)可描述如下：

x(kh+h)=Φ(h)x(kh)+Γ(h)u(kh)（3）

y(kh)=Cx(kh)+Du(kh)（4）



其中：Φ(h)=eAh，Γ(h)=∫h0eAsdsB。

使用經(jīng)典的控制器設(shè)計(jì)方法（如極點(diǎn)配置或優(yōu)化），控制環(huán)通過(guò)狀態(tài)反饋閉環(huán)，可以描述為

u(kh)=-L(h)x(kh)（5）

它給出了狀態(tài)反饋控制規(guī)律。其中L為增益矩陣。

式(3)~(5)確定的離散控制系統(tǒng)，在計(jì)算平臺(tái)引入的時(shí)延與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為相比可以忽略的情況下，可以正常工作。但是，對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，這種假設(shè)不能成立，上述公式中描述的系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能?chē)?yán)重下降甚至不穩(wěn)定，所以為了保持系統(tǒng)性能，時(shí)延必須被考慮在離散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型中。根據(jù)時(shí)延的類(lèi)型，又可以分為常量時(shí)延和隨機(jī)時(shí)延。

2)常量時(shí)延

在考慮時(shí)延情況下，由連續(xù)模型得到離散模型最簡(jiǎn)單的處理方法就是假定時(shí)延為常量。包括常量時(shí)延τ的連續(xù)時(shí)不變系統(tǒng)狀態(tài)空間模型可以描述為

dx(t)/dt=Ax(t)+Bu(t-τ)（6）

y(t)=Cx(t)+Du(t)（7）



如果假定時(shí)延τ低于采樣周期，相應(yīng)的離散時(shí)間模型變?yōu)楠?/p>



x(kh+h)=Φ(h)x(kh)+Γ0(h，τ)u(kh)+

Γ1(h，τ)u(kh-h)（8）

y(kh)=Cx(kh)+Du(kh)（9）



其中：Φ(h)=eAh，Γ0(h，τ)=∫h-τ0eAsdsB，Γ1(h，τ)=eA(h-τ)∫τ0eAsdsB。狀態(tài)反饋閉環(huán)可以由下式給出：

u(kh)=-L(h，τ)x(kh) (10)

注意，由式(6)(7)(10)確定的閉環(huán)系統(tǒng)依賴(lài)常量采樣周期h和常量時(shí)延τ。盡管系統(tǒng)可以適應(yīng)時(shí)延，但是如果時(shí)延變化，模型可能會(huì)失效。也就是說(shuō)，如果計(jì)算平臺(tái)引入隨機(jī)時(shí)延（如時(shí)延中的通信抖動(dòng)），系統(tǒng)行為將會(huì)惡化。常量時(shí)延使系統(tǒng)性能惡化，引起采樣到觸發(fā)間的響應(yīng)滯后，增加閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)誤差。

3)隨機(jī)時(shí)延

實(shí)際系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延應(yīng)該是隨機(jī)可變的。也就是說(shuō)，采樣—觸發(fā)時(shí)延在每一個(gè)控制環(huán)執(zhí)行時(shí)是可變的。因此，控制策略中必須考慮這一變化，而且這一變化往往是有界的，即τk是在一個(gè)已知的離散區(qū)間內(nèi)取值。如果在分布式結(jié)構(gòu)中，確定了離散時(shí)間模型和用于時(shí)鐘同步的全局時(shí)間，該離散區(qū)間可以在設(shè)計(jì)階段根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特性來(lái)確定。由此可以得到相應(yīng)的離散數(shù)學(xué)模型：

x(kh+h)=Φ(h)x(kh)+Γ0(h，τk)u(kh)+

Γ1(h，τk)u(kh-h)（11）

y(kh)=Cx(kh)+Du(kh)（12）

u(kh)=-L(h，τk)x(kh)（13）



其中：Φ(h)=eAh，Γ0(h，τk)=∫h-τ k0eAsdsB，Γ1(h，τk)=eA(h-τk)∫τ K0eAsdsB。

注意，由式(11)~ (13)確定的閉環(huán)系統(tǒng)依賴(lài)常量采樣周期h和時(shí)變時(shí)延τk。然而，即使考慮到系統(tǒng)存在的時(shí)變時(shí)延，另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是信息的可獲取性。由上面式子確定的系統(tǒng)要求采樣周期和時(shí)延必須在每一控制器執(zhí)行的開(kāi)始時(shí)刻已知。如果將控制信號(hào)的過(guò)去值引入，作為一個(gè)新的狀態(tài)變量（z(kh)=u(kh-h)），那么常量時(shí)延情況下的狀態(tài)空間模型變?yōu)楠?/p>

x(kh+h)z(kh+h)=Φ(h)Γ1(h，τ)00×

x(kh)z(kh)+Γ0(h，τ)I×u(kh)（14）



相應(yīng)的狀態(tài)反饋控制實(shí)現(xiàn)為

u(kh)=-L(h，τ)x(kh)z(kh)（15）



上面兩個(gè)式子可以合成為



x(kh+h)z(kh+h)=Φ(h)Γ1(h，τ)00-

Γ0(h，τ)I×L(h，τ)×x(kh)z(kh)（16）

Φcl(h，τ)=Φ(h)Γ1(h，τ)00-Γ0(h，τ)I×L(h，τ)（17）



閉環(huán)時(shí)不變系統(tǒng)可以由式(16)描述，Φcl定義為閉環(huán)矩陣，其值由根據(jù)常量采樣周期h和常量時(shí)延τ確定的Φ(h)、Γ0(h，τ)、Γ1(t，τ)和L(h，τ)等常量矩陣來(lái)確定。

由式(11)(12)(15)確定的系統(tǒng)，控制器可能工作不正常的主要原因有兩個(gè)：a)狀態(tài)反饋控制率假定為常量，而事實(shí)上采樣—觸發(fā)時(shí)延在每一控制環(huán)執(zhí)行時(shí)為變化量；b)控制算法要求采樣周期和采樣—觸發(fā)時(shí)延在控制器每次執(zhí)行前是已知的。采樣周期在設(shè)計(jì)階段可以確定，并且可以假定為已知常量。由網(wǎng)絡(luò)引起的可變時(shí)延在控制器執(zhí)行前卻很難確定，起碼控制器—觸發(fā)器時(shí)延是未知的（傳感器—控制時(shí)延可以通過(guò)類(lèi)似時(shí)間戳的方法來(lái)確定），假定使用的是實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，就可以保證控制器—觸發(fā)器時(shí)延是有界的，能夠保證實(shí)時(shí)性。具體通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延均會(huì)在某一門(mén)限值(可以稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)最壞情況信息延遲)以下變化。

這種變化的時(shí)延在設(shè)計(jì)控制策略時(shí)必須考慮，且該時(shí)延是有界的，即τ在一個(gè)可知的離散區(qū)間內(nèi)選擇，可以在設(shè)計(jì)階段采用離線方式，由使用的總線特點(diǎn)決定。因此，在控制算法的第j次執(zhí)行中，采樣觸發(fā)時(shí)延τ j為確定范圍內(nèi)的有限值，即0≤τσ≤網(wǎng)絡(luò)最壞情況信息延遲，τσ∈{τj:j∈J}。其中指數(shù)集J是N的有限子集，并且σ＝σ（k）：N→J是一個(gè)映射。每一次執(zhí)行，控制率可以在運(yùn)行時(shí)根據(jù)不同時(shí)延更新，時(shí)延系統(tǒng)描述（此時(shí)z(kh)=u(kh-h)，矩陣Φ(h)、Γ0(h，τσ(k))、Γ1(h，τσ(k))和L(h，τσ(k))針對(duì)每一個(gè)采樣—觸發(fā)時(shí)延在每次控制器執(zhí)行時(shí)獲得，τσ(k)=τj）變?yōu)楠?/p>

x(kh+h)=Φ(h)x(kh)+Γ0(h，τσ(k))u(kh)+Γ1(h，τσ)u(kh-h)（18）

y(kh)=Cx(kh)+Du(kh)（19）

u(kh)=-L(h，τσ(k))x(kh)z(kh)（20）



此時(shí)，離散系統(tǒng)不再是不變的。式(20)中的狀態(tài)反饋控制器L(h，τσ(k))，可以使用與式(15)中同樣的控制器設(shè)計(jì)方法，只是相應(yīng)的時(shí)延為τj。在過(guò)載可以忽略的情況下，控制率可以在運(yùn)行時(shí)計(jì)算，或者離線計(jì)算得到并存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)查找表中。

3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

NMCS是由網(wǎng)絡(luò)和控制組成的控制系統(tǒng)，其閉環(huán)性能不僅依賴(lài)于控制算法的設(shè)計(jì)，而且依賴(lài)于對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度。目前，專(zhuān)門(mén)針對(duì)NMCS的研究并不多見(jiàn)，主要偏重于對(duì)通用的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS的研究，大多數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究集中在網(wǎng)絡(luò)和控制在兩個(gè)方面。

網(wǎng)絡(luò)方面：采用實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，改善網(wǎng)絡(luò)性能（減少網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延和丟包的可能），盡力保證QoS

控制方面：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為已知條件，考慮時(shí)延和丟包來(lái)設(shè)計(jì)優(yōu)化算法補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的不利影響，盡力保證QoC



上述方法的共同缺點(diǎn)：割裂了網(wǎng)絡(luò)和控制的內(nèi)在聯(lián)系，無(wú)法取得良好的整體性能。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能不僅依賴(lài)于控制算法設(shè)計(jì)，還與網(wǎng)絡(luò)傳輸資源的調(diào)度密切相關(guān)。

從時(shí)延和丟包產(chǎn)生的原因來(lái)看：多個(gè)控制任務(wù)共享同一CPU——>任務(wù)沖突——>任務(wù)丟失和任務(wù)時(shí)延；多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享同一總線——>數(shù)據(jù)包傳輸沖突——>數(shù)據(jù)包丟包和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，而且由共享引起的競(jìng)爭(zhēng)具有隨機(jī)性，必然導(dǎo)致時(shí)延和丟包也具有隨機(jī)性。

所以，從兼顧QoS和QoC的角度出發(fā)的綜合控制與調(diào)度的研究策略將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能、帶寬資源限制等更多的網(wǎng)絡(luò)因素融入控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化中，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體性能優(yōu)化，必將成為解決NMCS問(wèn)題的有效方法。而調(diào)度作為影響QoS和QoC的主要方面，它的性能優(yōu)劣直接與系統(tǒng)的采樣周期、時(shí)延長(zhǎng)短、負(fù)載多少和控制性能等密切相關(guān)，可以作為協(xié)同設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的調(diào)度，從處理的對(duì)象上可分為：基于共享CPU資源的任務(wù)的可搶占調(diào)度；基于共享網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牟豢蓳屨颊{(diào)度。網(wǎng)絡(luò)調(diào)度主要考慮在多個(gè)回路的數(shù)據(jù)包共享通信網(wǎng)絡(luò)的情況下，如何決定數(shù)據(jù)包有序地、實(shí)時(shí)地傳送來(lái)滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。從調(diào)度的層次上可以分為：基于應(yīng)用層之上的調(diào)度；基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議底層（主要是數(shù)據(jù)鏈路層）的調(diào)度。下面對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中調(diào)度問(wèn)題的主要研究方法作簡(jiǎn)單概括。

１） 借鑒處理器任務(wù)調(diào)度的方法

NCS中的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與CPU調(diào)度類(lèi)似，均需要為并發(fā)任務(wù)分配共享資源、周期性激發(fā)并發(fā)任務(wù)以及滿(mǎn)足任務(wù)截止期要求等（兩者之間的對(duì)比詳見(jiàn)表1），所以，在一定條件下可以借鑒任務(wù)調(diào)度的理論和方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度進(jìn)行研究與分析。基于該思想，Zhang和Branicky等人^[2~4]對(duì)經(jīng)典的RM(rate monotonic)算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出具有非搶占特點(diǎn)的RM調(diào)度算法，并將其應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，同時(shí)給出了網(wǎng)絡(luò)可調(diào)度的充分條件;蔡驊等人^[5]在此基礎(chǔ)上又提出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定的充分條件。該類(lèi)算法的關(guān)鍵在于RM調(diào)度策略的可調(diào)度性判據(jù)可表示為采樣周期的函數(shù)，從而減小了NCS優(yōu)化問(wèn)題模型建立的難度。該調(diào)度策略的可調(diào)度性條件可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，是比較成熟的調(diào)度算法，適用于調(diào)度NCS中的周期數(shù)據(jù)。

min(max) J(hi)=∑Ni=1Ji(hi)

滿(mǎn)足（c1/h1）+（c2/h2）+…+（ci/hi）+（tlb，i/hi）≤i(21/i-1)

RM可調(diào)性約束:hi≤hmax，i-tb，i

NCS穩(wěn)定性約束：h1≤h2≤…≤hN



表1 CPU調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)調(diào)度對(duì)比

調(diào)度類(lèi)型CPU調(diào)度網(wǎng)絡(luò)調(diào)度

主要任務(wù)任務(wù)的執(zhí)行數(shù)據(jù)包的傳輸

優(yōu)先級(jí)任務(wù)優(yōu)先級(jí)回路優(yōu)先級(jí)

搶占能力可搶占/不可搶占不可搶占

約束條件不允許兩個(gè)以上任務(wù)同時(shí)執(zhí)行；有任務(wù)執(zhí)行時(shí)限要求不允許兩個(gè)以上數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸；有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)限要求

執(zhí)行方式任務(wù)在單CPU上按串行方式執(zhí)行數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上按串行方式傳遞

使用性能CPU使用率網(wǎng)絡(luò)占用率

執(zhí)行時(shí)間程序執(zhí)行時(shí)間數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間

周期(截止期)程序采樣(觸發(fā))周期回路(傳感器)采樣周期

錯(cuò)失率任務(wù)錯(cuò)失率丟包率

２） 基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層的調(diào)度

Walsh等人^[6]基于支持優(yōu)先級(jí)的CAN網(wǎng)絡(luò)提出了TOD(tryoncediscard)調(diào)度方法，基于最大誤差優(yōu)先技術(shù)(maximum error first)動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源。規(guī)定節(jié)點(diǎn)信息傳送的優(yōu)先級(jí)與其相應(yīng)的誤差(同一信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，其輸出與輸入之差)范數(shù)成比例，基于在線獲取的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)傳輸誤差，動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬；當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)在傳輸中發(fā)生沖突時(shí)，具有最大誤差的節(jié)點(diǎn)將取得網(wǎng)絡(luò)資源使用權(quán)，競(jìng)爭(zhēng)失敗的節(jié)點(diǎn)放棄本次傳輸。該方法中，MEF將信息網(wǎng)絡(luò)鏡像值與傳輸值之間的誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)；TOD丟棄舊的采樣數(shù)據(jù)，始終采用最新的控制量更新系統(tǒng)，兩方面的結(jié)合可以一定程度上保證信息的可靠性和實(shí)時(shí)性。

３） 從采樣周期或采樣時(shí)刻角度開(kāi)展的調(diào)度研究

根據(jù)Lian^[7]對(duì)連續(xù)控制(CC)和數(shù)字控制(DC)方式下采樣周期對(duì)系統(tǒng)性能影響的比較，可定性地建立網(wǎng)絡(luò)控制(NC)方式下采樣周期、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能和控制系統(tǒng)性能三者間的關(guān)系（圖3）。在NC方式下，控制系統(tǒng)性能不僅受到采樣周期的影響，而且受到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能的限制，為實(shí)現(xiàn)與DC方式下相同的控制系統(tǒng)性能，需減小采樣周期以克服網(wǎng)絡(luò)因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響。從三者的關(guān)系圖中可以看出，隨著采樣周期的減小，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷雖然增大但網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能基本不變，故系統(tǒng)性能逐步提高；但是當(dāng)采樣周期減小到一定程度(C點(diǎn))后，由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷超過(guò)網(wǎng)絡(luò)有限的承載能力，使網(wǎng)絡(luò)時(shí)延增大，甚至引起抖動(dòng)、丟包等問(wèn)題，此時(shí)不但不能保證原有的系統(tǒng)性能，反而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降和惡化。所以，對(duì)于NCS，采樣周期需要控制在適當(dāng)?shù)姆秶鶾TB，TC]內(nèi)，否則系統(tǒng)性能很難保障。

從控制角度出發(fā)，Seto等人^[8，9]提出在系統(tǒng)穩(wěn)定性和資源有限的約束下，尋找最優(yōu)采樣周期，使數(shù)據(jù)可以采用經(jīng)典的RM或EDF算法進(jìn)行調(diào)度。在此基礎(chǔ)上，Cervin^[10]進(jìn)一步研究了對(duì)時(shí)延變化系統(tǒng)選擇采樣周期的方法，并討論了時(shí)延小于一個(gè)采樣周期時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響。何堅(jiān)強(qiáng)等人^[11，12]分析了采樣周期和時(shí)延對(duì)系統(tǒng)性能的影響，基于系統(tǒng)的穩(wěn)定條件和可調(diào)度條件，以最小化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)函數(shù)為目標(biāo)， 提出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采樣周期的選取方法，并且以網(wǎng)絡(luò)可調(diào)度性和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性作為優(yōu)化的約束條件，選取傳輸誤差為目標(biāo)函數(shù)，用遺傳算法實(shí)現(xiàn)了調(diào)度優(yōu)化。Kim等人^[13~15]利用最大允許時(shí)延上界MADB（maximum allowable delay bound）進(jìn)行采樣時(shí)間的調(diào)度。首先，利用Lyapunov方法、黎卡提方程、線性矩陣不等式LMI等方法獲得MADB，進(jìn)一步得到保證系統(tǒng)穩(wěn)定的且不超過(guò)MADB的最大采樣周期，并且對(duì)每個(gè)采樣周期進(jìn)行了帶寬分配，從而保證周期性數(shù)據(jù)和偶發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)使非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的占用最小。

４） 基于時(shí)間窗口概念的調(diào)度

Raja等人^[16]提出的動(dòng)態(tài)時(shí)間窗帶寬調(diào)度策略的基本思想是：每個(gè)循環(huán)周期可以分為周期時(shí)間窗和非周期時(shí)間窗，數(shù)據(jù)傳輸占用相應(yīng)時(shí)間窗。為提高網(wǎng)絡(luò)利用率，周期時(shí)間窗或非周期時(shí)間窗可以動(dòng)態(tài)交替延伸（即在某一時(shí)間窗內(nèi)未完成的傳輸可以占用下一時(shí)間窗），對(duì)周期信息可以采用RM算法或EDF算法來(lái)傳輸。Hong等人^[17]提出調(diào)度窗口概念：使某一時(shí)間間隔內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)目不超過(guò)動(dòng)態(tài)分配的窗口數(shù)，從而保證傳輸。另外，劉魯源等人^[18]還利用窗口概念，在剩余時(shí)間窗口中調(diào)度非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在保證實(shí)時(shí)信息傳輸?shù)耐瑫r(shí)，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)利用率。窗口概念雖然可以保證網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)不會(huì)溢出，但是這類(lèi)方法大多要基于支持優(yōu)先級(jí)分配的網(wǎng)絡(luò)（如CAN、Devicenet等），所以其實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于底層網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)型。

５） 基于反饋控制的實(shí)時(shí)調(diào)度

當(dāng)負(fù)載、任務(wù)性質(zhì)和執(zhí)行時(shí)間發(fā)生變化，在固定環(huán)境下設(shè)計(jì)的調(diào)度算法會(huì)使系統(tǒng)性能?chē)?yán)重下降，此時(shí)必須根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度才能滿(mǎn)足性能要求，利用控制理論中的反饋思想實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)度調(diào)整可以很好地解決這類(lèi)問(wèn)題。

Stankovic等人^[19]提出的反饋控制實(shí)時(shí)調(diào)度概念的基本思想是：根據(jù)調(diào)度器的誤差來(lái)調(diào)整調(diào)度器的參數(shù)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 并且使用PID控制器、服務(wù)等級(jí)控制器和準(zhǔn)入控制器實(shí)現(xiàn)反饋控制EDF調(diào)度( feedback control earliest deadline first， FCEDF)。在此基礎(chǔ)上，Lu等人^[20]進(jìn)一步完善了FCEDF調(diào)度算法，但是該算法僅僅考慮了CPU資源的分配，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度進(jìn)行討論。

６） 基于QoC動(dòng)態(tài)管理的調(diào)度

Marti等人^[21]采用自適應(yīng)控制器與反饋調(diào)度策略協(xié)同設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)適當(dāng)?shù)男畔⒄{(diào)度，對(duì)所定義的控制質(zhì)量QoC指標(biāo)進(jìn)行全面優(yōu)化。利用在線自適應(yīng)控制策略克服網(wǎng)絡(luò)資源約束，通過(guò)信息調(diào)度實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)QoC管理。

７） 從QoS角度進(jìn)行的調(diào)度

QoS 可以通過(guò)若干性能指標(biāo)來(lái)度量，它可以反映網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同級(jí)別的流量或應(yīng)用給予相應(yīng)級(jí)別服務(wù)的能力。常用的性能度量指標(biāo)包括帶寬、延遲、延遲抖動(dòng)（delay jitter）和丟包率等。通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)QoS進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，可以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，減少傳輸時(shí)延及其抖動(dòng)程度，進(jìn)一步改善網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制性能QoC。Chow等人^[22]指出，由于時(shí)變的網(wǎng)絡(luò)通信和擾動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)QoS會(huì)發(fā)生變化，必須動(dòng)態(tài)調(diào)整才能使系統(tǒng)控制性能不至于大幅度下降，并提出可以通過(guò)調(diào)整控制器增益來(lái)補(bǔ)償QoS需求的變化。在此基礎(chǔ)上，用網(wǎng)絡(luò)化直流電機(jī)控制系統(tǒng)驗(yàn)證了該方法的有效性。

８） 基于死區(qū)的動(dòng)態(tài)調(diào)度

網(wǎng)絡(luò)性能的惡化一個(gè)很重要的原因就是通信趨于飽和，如果能夠通過(guò)對(duì)信息的調(diào)度，減少網(wǎng)絡(luò)通信流量，在某種程度上肯定能改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoC。基于該思想，Otanez等人^[23]提出了基于死區(qū)的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)設(shè)置傳輸死區(qū)來(lái)控制訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量，根據(jù)系統(tǒng)要求的性能確定死區(qū)的大小。該調(diào)度策略在確保系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)地丟棄一定比例的數(shù)據(jù)來(lái)減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。存在的問(wèn)題是，當(dāng)多個(gè)獲得網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)的數(shù)據(jù)包同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，該策略不能確定數(shù)據(jù)包發(fā)送的優(yōu)先級(jí)。

4 從網(wǎng)絡(luò)調(diào)度出發(fā)的NMCS調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計(jì)方法

網(wǎng)絡(luò)調(diào)度和CPU調(diào)度有著許多相似之處（表1），因此網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度可以借鑒CPU調(diào)度的一些調(diào)度方法。但僅僅如此是不夠的，還可以設(shè)計(jì)其他的調(diào)度策略。目前對(duì)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的研究主要有以下幾種方法:設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、配置網(wǎng)絡(luò)帶寬、減少網(wǎng)絡(luò)通信流量等。盡管這些研究方法各有側(cè)重，但從最終實(shí)現(xiàn)的效果來(lái)看，均是通過(guò)直接或間接地控制網(wǎng)絡(luò)通信流量達(dá)到減小網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、保證系統(tǒng)穩(wěn)定的目的。如果使用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，大多不能提供高帶寬（如CAN最高僅為1 Mbps，即使提供，其成本也相當(dāng)可觀，難以實(shí)用化），所以網(wǎng)絡(luò)帶寬成為系統(tǒng)性能提高的瓶頸。網(wǎng)絡(luò)帶寬受限和負(fù)載可變的直接后果就是可用資源的不確定性，在時(shí)態(tài)特性上則表現(xiàn)為不可預(yù)測(cè)的通信時(shí)延、丟包和抖動(dòng)，并最終影響控制質(zhì)量(QoC)甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。對(duì)于特定的控制回路來(lái)說(shuō)，其實(shí)際的控制質(zhì)量將在很大程度上取決于能否在共享總線網(wǎng)絡(luò)上獲得足夠多的帶寬來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)帶寬受限的多回路NCS工作于負(fù)載可變的動(dòng)態(tài)環(huán)境時(shí)，系統(tǒng)的整體控制性能不僅依賴(lài)于控制算法的設(shè)計(jì)，而且與總線網(wǎng)絡(luò)可用帶寬資源的調(diào)度息息相關(guān)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、任務(wù)性質(zhì)和執(zhí)行時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，在固定環(huán)境下設(shè)計(jì)的調(diào)度算法會(huì)使系統(tǒng)性能?chē)?yán)重下降，此時(shí)必須根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度才能滿(mǎn)足性能要求，可以利用控制理論中的反饋思想實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)度，設(shè)計(jì)反饋調(diào)度器，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際狀況，動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)性能要求。

調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計(jì)在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中具有兩層含義：

a)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源（帶寬）調(diào)度和NMCS控制算法協(xié)同設(shè)計(jì)來(lái)取得系統(tǒng)性能優(yōu)化。

b)借鑒反饋控制思想處理網(wǎng)絡(luò)資源的在線調(diào)度問(wèn)題。其

基本思想是根據(jù)調(diào)度器的誤差（設(shè)定值和實(shí)際檢測(cè)值之間的差值）來(lái)調(diào)整調(diào)度器的參數(shù)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，以最大化網(wǎng)絡(luò)利用率來(lái)提高控制性能。

控制變量和被控輸出變量的選擇：在CPU的反饋調(diào)度中，通常可以選擇利用率作為被控輸出變量，但是在NCS中，不同于CPU調(diào)度的可搶占特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度是不可搶占的，所以很難獲得一個(gè)準(zhǔn)確的可調(diào)度利用率上界，而且在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的條件下，網(wǎng)絡(luò)利用率設(shè)定值也很難選擇。丟包率也可以作為被控輸出變量，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將丟包率控制在某一(較低)水平，無(wú)論系統(tǒng)負(fù)載是否發(fā)生變化，均能夠有效地將實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)利用率維持在其最大可能水平的附近，而且控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)往往都會(huì)留有穩(wěn)定裕量，所以實(shí)際系統(tǒng)能夠容忍一定程度的丟包。采樣周期是反映控制性能和網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)，所以可以選擇采樣周期作為控制變量。NMCS反饋調(diào)度的基本工作原理可以描述如下：

網(wǎng)絡(luò)丟包率↗ 網(wǎng)絡(luò)利用率↘ 系統(tǒng)性能下降

根據(jù)實(shí)際利用率適當(dāng)調(diào)整采樣周期↘網(wǎng)絡(luò)利用率↗系統(tǒng)性能提高

其中：網(wǎng)絡(luò)丟包率=丟失數(shù)據(jù)包數(shù)/丟失數(shù)據(jù)包數(shù)+傳輸數(shù)據(jù)包數(shù)×100%。

反饋控制實(shí)時(shí)調(diào)度結(jié)構(gòu)是由一個(gè)QoS資源反饋調(diào)度節(jié)點(diǎn)和一個(gè)QoC任務(wù)調(diào)度器組成的。其中，QoS資源反饋調(diào)度節(jié)點(diǎn)由監(jiān)視器、QoS控制器以及調(diào)節(jié)器構(gòu)成。反饋控制回路以時(shí)間觸發(fā)方式，在每個(gè)采樣周期均被激活，各部分作用可以簡(jiǎn)述如下:

a)QoC任務(wù)調(diào)度器。由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度，負(fù)責(zé)對(duì)各控制環(huán)在滿(mǎn)足其控制性能的QoC指標(biāo)要求下，進(jìn)行整體調(diào)度。

b)QoS資源調(diào)度器。負(fù)責(zé)根據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)際使用情況，在保證資源最大使用率的要求下，動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源。

c)監(jiān)視器（monitor）。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)使用情況，將網(wǎng)絡(luò)利用率和丟包率及時(shí)采集并且將采樣值反饋到控制器。

d)控制器（controller）。控制器將相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源控制變量與性能參考值相比較得出當(dāng)前的誤差，并且基于這個(gè)誤差計(jì)算出總的預(yù)計(jì)利用率需求的改變量。控制器用一個(gè)控制函數(shù)計(jì)算正確的操作變量的值來(lái)補(bǔ)償負(fù)載的變化，使控制變量始終接近參考值。

e)調(diào)節(jié)器（regulator）。在每個(gè)采樣時(shí)刻k， 調(diào)節(jié)器根據(jù)控制輸入調(diào)整系統(tǒng)目標(biāo)的等級(jí)，這樣就能動(dòng)態(tài)調(diào)整總的預(yù)計(jì)利用需求。調(diào)節(jié)器就是強(qiáng)制使總的利用需求達(dá)到控制器要求的預(yù)計(jì)利用需求。調(diào)節(jié)器使用一種最優(yōu)算法來(lái)使系統(tǒng)值達(dá)到最大。

QoC任務(wù)調(diào)度器可以用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持的某種調(diào)度算法(如EDF和RM)來(lái)調(diào)度共享網(wǎng)絡(luò)的各控制環(huán)。調(diào)度算法的屬性對(duì)于反饋控制回路的實(shí)時(shí)性非常重要，一般采用可搶占方式實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)反饋控制實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)時(shí)，首先為QoC任務(wù)調(diào)度器選擇調(diào)度算法，然后根據(jù)具體的調(diào)度算法相應(yīng)地設(shè)計(jì)整個(gè)反饋控制調(diào)度系統(tǒng)。

軸控制器偽代碼如下：

Axis_controller()

{ for( ， ， )

{ xi = read_sensor(i);

// xi表示軸當(dāng)前狀態(tài)

ui = calculate_control_signal(hi，xi); 

// ui表示軸控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)

output_control_signal(ui，i);

activate(network_scheduler);

sleep(hi);}

}

QoS資源調(diào)度器偽代碼如下：

network_scheduler()

{ for( ， ， )

{ emax = get_most_ergent_axis_error(ei); 

// emax表示目前最急需處理軸誤差信號(hào)

Reassingn_bandwidth(emax);

Sleep( );}

}



5 結(jié)束語(yǔ)

本文在充分利用反饋調(diào)度可以最大化和在線對(duì)不確定環(huán)境（網(wǎng)絡(luò)資源和負(fù)載的變化）進(jìn)行調(diào)度的同時(shí)，充分利用QoC周期與實(shí)時(shí)控制任務(wù)周期一致性的特點(diǎn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整控制任務(wù)周期實(shí)現(xiàn)QoC動(dòng)態(tài)變化，達(dá)到控制與調(diào)度協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)獲得了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率與控制系統(tǒng)性能的提高。為了有效利用反饋調(diào)度改善系統(tǒng)性能，如何合理選擇網(wǎng)絡(luò)資源利用率的確切評(píng)價(jià)指標(biāo)，如何將網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中QoS反饋調(diào)度與QoC控制以最優(yōu)化的方式結(jié)合，還需要進(jìn)一步探討。以上述研究為基礎(chǔ)，結(jié)合具體的系統(tǒng)性能和可實(shí)現(xiàn)性，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量參數(shù)、操作控制量、控制器控制函數(shù)以及調(diào)節(jié)器優(yōu)化算法等是下一步研究工作需要解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

［1］VELASCO M， FUERTES J， LIN C， et al. A control approach to bandwidth managemant in networked control systems[C]//Proc of the 30th Annual Conference. Busan， Kore: IEEE Industrial Electronics Society， 2004.

［2］ZHANG W. Stability analysis of networked control systems[D]. Cleveland: Case Western Reserve University， 2001.

［3］ZHANG W， BRANICKY M S， PHILLIPS S M. Stability of networked control systems[J]. IEEE Control Systems Magazine，2001，21(1): 8499.

[4]BRANICKY M S， PHILLIPS S M， ZHANG Wei. Scheduling and feedback codesign for networked control systems[C]//Proc of IEEE Conference on Decision and Control. Las Vegas:IEEE Press，2002:12111217.

[5]蔡驊， 胡維禮， 樊衛(wèi)華， 等. 時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)調(diào)度與穩(wěn)定性[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版， 2005， 29(3):349351.

[6]WALSH G C， YE H， BUSHNELL L， et al. Stability analysis of networked control systems[J].IEEE Trans on Control Systems Technology， 2002， 10 (3) : 438446.

[7]LIAN F L ，MOYNE J R ， TILBURY D M. Network design consideration for distributed control systems[J]. IEEE Trans on Control System Technology， 2002 ，10(2):297307.

[8]SETO D， LEHOCZKY J P， SHA L， et al. On task schedulability in realtime control systems[C]//Proc of IEEE Realtime Systems Symposium. Piscataway: IEEE Press， 1996:1321.

[9]SETO D， LEHOCZKY J P， SHA L. Task period selection and schedulability in realtime systems[C]//Proc of IEEE Realtime Systems Symposium. Piscataway: IEEE Press， 1998:188198.

[10]CERVIN A. Integrated control and realtime scheduling[D]. Sweden: Lund Institute of Technology， 2003.

[11]何堅(jiān)強(qiáng)， 張煥春， 經(jīng)亞枝. 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中采樣周期的優(yōu)化選取方法[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版， 2004，34(3):479482.

[12]何堅(jiān)強(qiáng)， 張煥春. 基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化研究[J]. 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置， 2004，12(4):3739.

[13]KIM Y H， KWON W H， PARK H S. Stability and a scheduling method for networkbased control systems[C]// Proc of the 22nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Taipei， Taiwan: IEEE Press， 1996:934939.

[14]PARK H S， KIM Y H， KIM D S， et al. A scheduling method for networkbased control systems[J]. IEEE Trans on Control Systems Technology， 2002， 10(3): 318330.

[15]KIM D S， LEE Y S， KWON W H， et al. Maximum allowable delay bounds of networked control systems[J].Control Engineering Practice， 2003， 11(11): 13011313.

[16]RAJA P， ULLOA G， LAUSANNE E P. Priority polling and dynamic timewindow mechanisms in a multicycle fieldbus[C]//Proc of the Computers in Design， Manufacturing and Production. Los Alamitos: IEEE Computer Society Press，1993:452460.

[17]HONG S H. Scheduling algorithm of data sampling times in the integrated communication and control systems[J]. IEEE Trans on Control Systems Technology， 1995， 3(2): 225230.

[18]劉魯源， 萬(wàn)仁君， 李斌. 基于TTCAN協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)度算法的研究[J]. 控制與決策， 2004，19(7): 813816.

[19]STANKOVIC J A， LU C Y， SON S H， et al. The case for feedback control realtime scheduling[C]//Proc of Euromicro Conference on Realtime Systems. Piscataway: IEEE Press， 1999:1120.

[20]LU C Y， STANKOVIC J A， SON S H， et al. Feedback control realtime scheduling: framework， modeling， and algorithms[J]. Realtime Systems， 2002，23(122):85126.

[21]MARTI P， YEPEZ J， VELASCO M， et al. Managing qualityofcontrol in networkbased control systems by controller and message scheduling codesign[J]. IEEE Trans on Industrial Electronics， 2004，51(6):11591167.

[22]CHOW M Y， TIPSUWAN Y. Gain adaptation of networked DC motor controllers based on QoS variations[J]. IEEE Trans on Industrial Electronics， 2003，50(5):936943.

[23]OTANEZ P， MOYNE J， TILBURY D. Using deadbands to reduce communication in networked control systems[C]//Proc of American Automatic Control Council Conference. Anchorage : IEEE Press， 2002:615619.