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嵌入式实时控制系统是计算机科学和控制工程相结合的产物,它以计算机为支撑来实现专用的控制系统。嵌入式实时控制系统是一个新兴的研究领域,系统的分析与设计目前还没有统一的方法。这对计算机科学和控制工程界的学者都具有一定的挑战性。本论文针对嵌入式系统以及Linux下嵌入式系统的设计,控制与调度的整合,反馈调度几个热点问题进行了探讨。 嵌入式控制系统本质上是计算机控制系统。但嵌入式控制系统又区别于计算机控制系统,嵌入式系统没有通用的硬件接口,软件设计也不同于标准规范。总结嵌入式系统的设计规律与方法,对嵌入式系统的设计具有一定的指导意义 Linux是源代码开放的,免费的,内核可裁剪的操作系统,将Linux系统嵌入式化将极大的降低产品的成本。通过对Linux内核的架构和运行机制的研究,为控制系统的进一步开发搭建便捷的控制平台,对嵌入式Linux环境下实时控制系统的开发有一定的指导意义。 针对以往控制与调度的分离设计,浪费CPU资源的情况。控制与调度的整合设计克服了这些缺点,以使在嵌入式控制系统运行时控制任务和调度算法同步设计,同步交互运行。提出了双闭环的反馈回路使调度器和控制器进行更好的同步和交互。从控制过程角度,将控制任务细分为暂态阶段和稳态阶段分别进行处理,更加合理的利用了CPU资源,提高了控制系统性能。将这种细分的任务和在调度约束下的最优控制调度相结合,进一步提高了系统的性能,接受运行更多的控制任务。实时仿真结果表明同步设计可以增加系统的灵活性,更加合理的利用资源,同时取得了好的控制总体性能。 针对一些学者提出的反馈调度模型主要应用于大型控制系统,如飞机。我们针对小型嵌入式产品,提出了小型嵌入式控制系统的动态比例反馈调度模型框架。应用比例反馈调度算法,减少了CPU资源的预消耗,不需要多个控制算法版本,同时增加了系统的灵活性。通过实时仿真,在减少资源预消耗的同时,也取得了不错的控制性能。沈阳工业大学硕士学位论文 为检验理论适用性,提高研究的实际应用价值,我们针对运动控制中的普通应用,讨论多回路运动控制系统的设计与实现。吊车防摆控制作为一类典型的应用,具有模型非线性,控制系统实时性和实际工矿的嵌入式开发要求,其主要研究内容是使其吊起的货物达到快速,同时可以快速定位以提高作业效率。我们搭建了试验平台,进行软件、硬件和反馈调度控制算法的设计分析,同时根据天车防摆系统的二维控制对控制与调度的整合和动态比例反馈调度进行了任务的规划,尝试进行算法的试验验证。