[发明专利]一种基于QoS的网络化控制系统采样周期调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于QoS(Quality of Service)的网络化控制系统的采样周期调整方法，特别适用于网络传输带宽受限、对于平均网络延时要求严格，对系统实时响应要求高的网络化控制系统和其他分布式网络化控制系统。

背景技术

随着计算机的出现，控制系统从原来的连续控制系统发展到离散控制系统，计算机系统能进行精确、快速的计算和进行逻辑判断,而且通用性好,使用容易，便于对控制算法的需改，凭借以上优点计算机控制系统得到了迅猛的发展。1977年以太网的出现打破了信息传递的地域限制，也使得控制系统不再局限于本地控制。随之电子技术和总线技术的的发展，现场总线控制系统，集散控制系统,和网络化控制系统(NCS:Net worked Control System)纷纷出现,这些控制方式使得控制系统发生了巨大的变化。现场总线技术的发展，已经在全世界范围内应用于各个工业控制领域，在冶金、汽车制造、石油化工、等各个行业都有现场总线技术的应用。广泛应用的总线协议主要有CAN、Modbus、RS485、FieldBus等。这些现场总线由于传输速度，覆盖范围，数据丢失，延时等诸多因素限制了网络控制系统的应用和发展。基于以太网的网络控制系统突破了基于现场总线的控制系统的诸多限制,成为网络控制系统新的发展方向。基于以太网的网络化控制系统最大限度的突破了网络传输的地域、传输速度、通信节点数的限制，极大地推动了网络化控制系统的发展。网络化控制系统以其特有的优势成为近些年控制界视最为有前景的控制研究方向之一。

网络化控制系统和传统控制系统的本质区别在于网络化控制系统的数据传输是通过数据传输网络，通信网络对数据传输的影响直接关系到网络化控制系统控制效果的好坏。网络化控制系统通过网络将控制器和被控对象组成闭合的控制回路，这种控制系统不可避免地引入了网络传输的一些特性,如传输时延、数据丢包、和网络带宽的限。这些网络因素对于控制系统的性能的影响是极其不利的。对于网络控制系统进行基于QoS调节数据传输，可以大大的降低控制信息的传输量，提高了网络的服务质量。可以使得网络化控制系统获得比定周期更好的控制效果。

对于网络化控制系统，网络传输延时和丢包是影响网络化控制系统控制效果的一个重要因素。由于受到传输网络带宽的限制，过高的数据传输量可能使得数据传输网络阻塞甚至瘫痪。网络控制数据的传输延时和丢包率也会随着网络传输量的增加而加大，这将大大影响网络控制系统的控制效果。Guo-Ping Liu等人在文献(Design and Stability Criteria of Networked Predictive Control Systems With Random Network Delay in the Feedback Channel,IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS,MAN,AND CYBERNETICS 2007.)中对比了网络延时对于网络化伺服控制系统控制效果的影响，网络延时的引入大大降低了网络化伺服控制系统的控制效果，作者通过网络预测的方式补偿网络延时对系统的影响，但就对如何降低网络数据的传输量作者没有给出深入的探讨。D.Yue等人在文献(A delay system method for de-signing event-triggered controllers of networked control systems.IEEE Transactions on Automatic Control,2013.)通过基于事件触发的采样控制技术降低了数据的传输量，该文以被控对象的输出量的变化来调节网络数据的传输周期，虽然该方法降低了网络数据的传输量，但没有对数据传输网络r的状态进行考虑，这种调节方法并不适用于多控制器共用同一网络的大型网络化控制系统。

现有的网络化系统控制方法一般都没有充分考虑采样周期与对网络服务质量的影响，也没有考虑如何主动地调整采样周期以提高网络服务质量，本发明正是从此方面出发，提出了了一种网络化控制系统采样周期的调整方法，以提高网络服务质量，从而提高系统的控制性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种网络化控制系统采样周期调整方法，根据当前的网络QoS调节系统的采样周期，提高网络服务质量，降低网络平均传输延时与丢包率，从而提高网络化控制系统的控制性能和稳定性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。