CAN协议冗余网络的多实时参数协调负载研究

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网络控制系统是将传感器、控制器和执行器通过实时网络构成的闭环反馈控制系统,为了保证整个系统的安全性和可靠性,常用冗余设计的思想来构建网络控制系统,网络通信冗余是其中主要内容之一。但在实际应用过程中,冗余网络只在主网络通信故障时才发挥作用,网络利用率较低,难以克服网络通信“瓶颈”对系统控制性能和实时性的约束。因此,网络控制系统中,兼顾网络通信、控制性能以及安全可靠的研究已成为学术界和应用领域共同关注的课题,具有重要的理论意义和实用价值。综合考虑控制性能和系统可靠性,以更好地发挥冗余网络带宽资源为目标,开展多实时参数协调负载的研究工作。本文针对CAN协议冗余网络的控制系统,提出可协调通信负载并支持网络冗余的调度策略,通过合理的分配主、备网络带宽资源,提高系统的控制性能和实时性,并可完成冗余网络在故障条件下的快速切换,确保网络控制系统的可靠性。本文的主要内容如下:首先,提出协调网络负载的目标,根据网络控制系统的控制质量和网络服务质量,详细分析系统的控制性能和实时性能,获取系统性能指标参数,为后面的研究奠定基础。其次,提出基于负载均衡的协调网络负载调度策略,利用备份网上的空闲网络资源,降低主网络上的通信负载量。该调度策略通过协调网络上的节点通信信道,保证主、备网络上的总线利用率相等来协调网络负载。实验证明该调度策略有效地提高了系统的控制性能和实时性能。然后,提出多实时参数协调网络负载的反馈控制调度策略,在负载均衡的基础上,为进一步优化冗余网络的带宽资源分配,将网络控制系统中的状态信息反馈给调度器,通过模糊控制和负载均衡算法在线计算及实时调度,动态决策各节点的通信信道和优先级,在兼顾系统的控制性能及负载均衡的基础上协调网络负载。实验证明这种改进的调度策略能够更好的分配网络资源,进一步优化了系统的控制性能和实时性能。最后,提出冗余设计方案,确保系统在一条网络通信故障下可以正常的工作,调度策略综合考虑了网络负载的协调和对通信网络的备份,当某一通信网络故障时,充分利用CAN总线的错误处理机制,快速切换信息传输的信道,减小数据的延时,从而提高系统的可靠性和稳定性。
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