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网络化控制系统监控组态与调度研究
其他题名Supervisory Configuration and Scheduling of Networked Control Systems
朱友志
学位类型工学博士
导师刘国平
2008-05-30
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词网络化控制系统 监控组态 局域网 因特网 极大极小代数 网络调度 Networked Control Systems Supervisory Configuration Lan Internet Min-max-plus Algebra Network Scheduling
摘要随着控制技术、计算机技术、网络技术和集成电路技术的进步,网络化控制系统(Networked Control Systems)成为控制领域的一个重要研究方向。网络化控制系统在控制回路中引入了通信网络,使得其在灵活性与可靠性、远程互操作性、成本、安装与维护、故障诊断等方面具有较大的优势。同时,网络引入所带来的延时、丢包、多包传输等问题使得系统的分析和控制更加困难。在网络化控制系统的研究中,仿真和实验是检验控制理论与方法效果的重要手段,因此如何为网络化控制系统提供一个通用的仿真和实现平台是一个值得关注的方向。网络化控制系统的性能一方面取决于控制算法的优劣,另一方面也依赖于对共享网络资源的调度,从网络调度角度来研究网络化控制系统是当前网络化控制系统研究中的热点之一。 监控组态软件是用户监视和控制系统的工具,也是控制系统仿真和实现平台的重要组成部分之一。本文对网络化控制系统监控组态软件进行了较为深入的研究,另外,利用极大极小代数为工具,从离散事件系统角度对网络化控制系统中的网络调度问题进行了初步的理论研究。 论文的主要内容和创新之处如下: 1 针对网络化控制系统中用户较少,且用户只需分时监控系统的小规模应用需求,设计和实现了网络化控制系统单机监控组态软件。按照模块化的设计方法,为软件设计了人机界面模块、数据管理模块和通信模块。同时,还设计了软件的数据采集方案和用户使用流程。 2 针对局域网内网络化控制系统用户较多且需要并发监控系统的中等规模应用需求,设计和实现了基于局域网的网络化控制系统监控组态软件。考虑到单机监控组态软件设计中存在的系统通信吞吐量的瓶颈问题,采用了客户服务器结构作为该监控组态软件的体系结构,对服务器和客户端分别进行了详细设计。同时,为了保证多用户并发访问系统时的安全性和有序性,采用了基于角色的访问控制作为系统的访问控制策略。 3 针对因特网环境下大量用户通过网络随时随地对网络化控制系统进行监控的大规模应用需求,设计和实现了基于因特网的网络化控制系统监控组态软件。对软件工作的Web平台进行了介绍,其中对分布式数据库平台进行了详细介绍。为软件设计了同Web平台交互的整体结构,并对新的条件下的数据库访问机制、先来先服务的访问控制机制和客户服务器结构进行了设计和实现。 4 针对网络化控制系统运行过程中对大量历史数据的高效存储需求,采用了两级历史数据压缩算法作为历史数据的压缩算法,其中第一级采用了一种旋转门有损压缩算法,第二级采用了通用字节流数据压缩算法。针对历史数据的快速查询需求,为历史数据库设计了一种多级索引存储机构。针对软件的国际化需求,设计和实现了软件的国际化功能。 5 介绍了TCP网络的极大极小代数模型,特别分析了其中一类具有极大极小函数输入和极大函数输出的模型,提出了利用输出反馈对这类系统进行镇定及对其周期时间进行配置的方法。介绍了模型的能达性、能观性、强连通块、极大射影合取分解式、输出反馈的极大射影矩阵直积、具有极大极小函数输出反馈的闭环系统极大射影表示等。证明了系统能达且至少具有一个能观状态为系统镇定的充分条件,对于系统能达且能观的情况给出了更进一步的结论。证明了系统能达并且至少一个状态能观是系统周期时间可配置的充分必要条件。文中给出了输出反馈的构造性方法。
其他摘要With the rapid development of control technology, computer technology, network technology and integrated circuit technology, networked control systems (NCS) become an important research branch in the field of control theory and control engineering. NCS are control systems with communication networks inside their control loops. Simulations and experiments are very effective tools in the research of NCS, thus providing a universal simulation and implementation platform for NCS is an issue that merits special attention. The performance of NCS depends not only on the design of control algorithms, but also on the scheduling of limited shared network resources. So, the investigation of NCS from the scheduling point becomes a good research division. Supervisory configuration software is an important tool to monitor and control the control systems and also a major part of the simulation and implementation platform for control systems. In this paper, the supervisory configuration software for NCS has been researched in depth. The scheduling issue of the network in NCS is investigated from the angle of discrete event systems under the min-max algebra framework preliminarily as well. The main work and contributions of this thesis include the following: (1)For the small-scale application case where there are few users in NCS and the users do not need to monitor and control NCS concurrently, the basic supervisory configuration software is designed and implemented. (2)For the medium-scale application case where there are many users within local area networks (LAN) who want to access NCS concurrently, the LAN-based supervisory configuration software for NCS is designed and implemented. (3)For the large-scale application case where there are many users who want to access NCS from anywhere at any time through the Internet, the Internet-based supervisory configuration software is designed and implemented. The web-based platform, especially the distributed database system on which the software works is introduced. In order to provide a uniform access control strategy for the system, first-come-first-served method is utilized. (4)In order to provide an efficient compression algorithm when the history data is huge, a two-stage history data compression algorithm is adopted. To meet the internationalization requirements of the software, the internationalization function of the software is designed and implemented. (5)For the scheduling problem of TCP networks, a min-max-plus algebra model with min-max input and max-plus output is introduced, and the output feedback stabilization and cycle time assignment methods are proposed. The system is stabilized when the system is reachable with at least one observable state. A further result is given for the reachable and observable system. A necessary and sufficient condition is proven for the cycle time assignability of such systems. The feedback used in the study is constructive in nature.
馆藏号XWLW1260
其他标识符200518014628009
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/6100
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
朱友志. 网络化控制系统监控组态与调度研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2008.
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