基于CAN总线的远程监控系统分层设计研究

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控制器局域网CAN是一种具有很高的安全性能,并能有效的支持分布式控制的实时串行通信协议。在现有的许多设备级网络中,CAN定义清晰 、合理,性能稳定,更重要的是,目前市场上的许多产品都支持CAN通信,因此,它确实是最吸引人的设备级网络解决方案之一。然而, CAN总线采用位仲裁技术,利用信息的标识符域定义了一种静态的优先权,由于非周期数据传输时缺乏时间信息,不可能找到一个静态标识符分配方案永远满足应用程序对时间的要求;当一个或多个网络节点同时发送标识符相同的数据时,如果数据不同,所有节点都要重新发送数据,在这种情况下,网络将阻塞。实时控制系统反馈回路中的计算时间延迟也可能导致控制输入在一个或多个采样周期中无法更新。如果这种延迟超过一种被称作硬期限的界限,则背离了系统稳定的必要条件,在这种情况下,系统就会出现动态故障。本论文基于CANOpen协议设计应用层监控软件,监控主机的并行口工作于EPP模式,利用基于CAN总线的智能型监控卡和CAN网络中的各个节点通信,实现网络管理、监控、报警、显示、存储等功能;分析了计算时间延迟对控制系统稳定性的影响。特别地,在假设其它延迟因素已处理完毕,反馈回路延迟仅包含计算时间延迟的条件下,给出了一种通过考虑系统的稳定性,利用动态规划理论计算线性时不变系统硬期限的方法;采用合适的带宽分配策略,使设计的CAN网络在满足 CAN总线电机监控系统实时性要求的同时,也满足非实时性数据的最大延时时间的要求,另外,通过利用剩余带宽传输非实时数据,使网络介质的带宽利用率达到最大化。
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