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基于Web的网络化控制系统技术与应用研究
其他题名Research on Techonologies and Applicatons of Web-based Networked Control Systems
乔宇亮
学位类型工学博士
导师刘国平
2010-05-30
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 Web实验室 远程实验室 设备负载均衡 Networked Control Systems Remote Laboratory Web-based Laboratory Load Balancing Of Devices
摘要网络化控制系统是控制技术、计算机技术和网络通讯技术相互交叉、相互融合而产生的一个很有前途的研究方向,而基于Web的网络化控制系统则是把计算机网络当前最活跃的领域——互联网的成果应用到网络化控制领域所产生的一个全新的研究方向。基于Web的网络化控制系统不仅可以在互联网上向公众开放实验设备等硬件资源,还可以在互联网上给用户提供共享的控制系统分析和设计的软件工具以及可供运行这些工具的计算机资源。而且,用户设计的网络化控制算法的最新成果也可以在互联网上共享。本文就是围绕基于Web的网络化控制系统平台——NCSLab的平台设计和应用来展开的。 本文首先设计了一个基于Web的网络化控制系统平台架构。此平台架构采用Web浏览器作为用户客户端,后台具有强大的服务器集群支持以及分布在全球各地的实验设备可供共享。从顶往下,平台架构包含Web浏览器、中央网站服务器、MATLAB服务器、实验服务器、设备控制单元和实验设备六个层次。平台设计充分考虑到了伸缩性、实时性、安全性、共享性以及软件集成的方便性,体现了互联网技术在控制领域的最新应用成果。 基于此平台,NCSLab给用户提供了一个完全基于Web的控制系统设计和实现流程,此流程包含了从控制器算法框图设计、仿真、实时代码生成、实时算法下载、监控组态到监控的一个完整的过程。并对其中的诸多技术难点应用问题做了探索性的研究。 针对多用户访问多设备的服务器负载均衡问题,设计了一个基于设备连接局部性的动态反馈负载均衡策略来使服务器的资源得到最合理的利用;同时此策略还采用了实验服务器冗余配置的方案来提高设备的可用性。针对多用户访问多MATLAB任务的服务器负载均衡问题,设计了一个采用版本最近和速率最快匹配调度策略来充分利用服务器端MATLAB资源和降低用户的等待时间。针对用户并发设备的问题,提出了具有优先级的先进先出策略来解决设备争用。 针对网络化控制中网络配置困难的问题,设计了网络化控制模块库;针对设备I/O配置困难的问题,设计了被控对象模块库来实现仿真到实时代码生成的无缝切换。 最后,本文在NCSLab平台网站上,以由中科院控制器和英国格拉摩根大学伺服控制平台组成的网络化控制系统作为实验对象,完成了本地控制方案和网络化预测控制方案从框图设计、仿真、编译、算法下载运行、监控组态到实时监控的全过程。实验结果既验证了网络化预测控制算法的有效性,也证明了基于Web的网络化控制平台的方便和优越性。
其他摘要Networked control system (NCS) is a promising research direction which incoporeates the fields of control systems, computer, communication and network, while Web-based networked control system (WNCS) is a fresher research direction which introduces Internet, one of the most active areas in computer network, into the area of NCS. With Web-based networked control systems, experiment devices can be open to public in Internet; furthermore, software tools for analysis and design of control systems can be shared in Internet; last, knowledges such as the newest control algorithms can be circulated across Internet. This paper focuses on the design and implementation of NCSLab, a Web-based platform for networked control system. Architecture of Web-based networked control system is proposed, which is composed of Web browsers, central Web server, MATLAB servers, distributed experiment servers, control units and experiment devices. The architecture is service-oriented, scalable, secure, and with good real-time ability. Based on the architecture, many novel features including visual algorithm designing, simulation, compilation, visual monitor interface configuration and real-time monitoring and supervisory control are designed and implemented by combination of state-of-the-art technologies such as Web2.0, J2EE and MATLAB. A user can enjoy all these rich interactive features with a simple Web browser from anywhere at any time. Key techonogies needed to realize these features are explored in the thesis. A scheduling strategy called device locality based dynamic feedback load balancing is proposed to solve the problem of accessing multiple devices for multiple users and make the best use of the computing resources of the experiment servers; Also reducent experiment servers are configured for a device in the strategy to improve the availability of the experiment device. To minize the waiting time for a MATLAB task, a task scheduling strategy considering the MATLAB version and the speed is designed. A FCFS priority queuing algorithm is designed and implemented to avoid the possible collisions caused by concurrent access to the same experiment device. Networked control blockset is designed and developed to facilitate users’ design of networked control experiments, and device I/O blockset for the controlled plant is developed to realize the seamless transition from simulation to real-time process during an experiment. Experiments on a servo motor test rig located at t...
馆藏号XWLW1474
其他标识符200718014628014
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/6268
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
乔宇亮. 基于Web的网络化控制系统技术与应用研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2010.
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