基于CAN總線的網絡控制系統調度研究

其中，y（k）為當前周期的輸出值，y（k-1）為上一周期的輸出值，r（k），u（k）分別為給定值和控制器的輸出值，T_d=0.035s，K=1.5，ε=0.1，定義傳感器的采樣周期T_m=10ms，數據計算、傳感器數據采集和執行器的動作所產生的時間延時均為0.1ms。

在偏差絕對值小于設定值ε（偏差比較?。r采用PID算法，即在PD算法的基礎上加入積分環節：

其中積分時間常數T_i=0.15，I（k），I（k-1）分別為當前周期和前一周期的積分分量，在引進積分分離PID控制算法前后，網絡控制系統的控制效果如圖2所示。

圖2積分分離PID控制算法效果圖

由圖可見，采用一般PID控制算法時超調量超過45%，采用積分分離PID控制算法時超調量不超過5%，采用積分分離PID控制算法使得控制系統的動態性能有了很大改善。

3．2仿真結果

以建立的網絡控制系統仿真平臺為基礎，進行網絡控制系統的仿真，研究網絡調度對控制系統性能的影響。設定CAN總線的波特率為250Kbps，丟包率為0，使用一般的混合調度算法（MTS）進行仿真，其仿真結果如圖3所示。圖3（a）是四個控制子系統的方波響應，圖3（b）是從網絡調度（Schedule）窗口所看到的前三個采樣周期的網絡調度狀況。

圖3應用混合調度算法時的仿真結果

由圖3（a）可知，由于網絡延時較大，其中兩個控制子系統的動態響應較差，超調量超過14%，調節時間超過0.2s。在圖3（b）網絡調度狀況圖中，縱坐標表示節點號。根據CAN協議，節點號較小的節點具有較高的優先級，控制器節點1具有最高的優先級，傳感器節點9具有最低的優先級。節點7、節點9的網絡等待延時都較大（超過2ms），這是造成其中兩個控制子系統動態性能較差的原因。隨著網絡節點的增多，最低優先級節點所在的控制子系統的動態性能會變得更差。

用本文所提出的改進的混合調度算法進行仿真，僅修改調度算法，其他條件不變，取即，方波輸入時的四個控制子系統響應及網絡調度狀況如圖4所示。

圖4應用改進的混合調度算法時的仿真結果

由圖4（a）可知，當用改進的混合調度算法進行網絡控制系統的仿真時，超調量不超過5%，調節時間不超過0.13s，無靜差。網絡調度窗口的網絡狀況圖4（b）表明，網絡沖突還會出現，但網絡延時較小。節點7和節點9的信息傳輸時刻和MTS算法相同，但是前兩次的采樣數據都由于時延太長而被拋棄，只有第三次的采樣數據被成功傳送。即使再增加節點，傳感器節點的網絡傳輸等待時延不超過1ms，比一般MTS算法大大減小。

4結論

本文作者創新點：本文提出了一種改進的混合調度算法，在不改變實際采樣周期的情況下減少了網絡控制的時延，建立了基于CAN總線的多節點網絡控制系統仿真平臺，仿真結果證明了該算法在信息調度中的有效性。網絡控制系統的信息調度算法對系統的實時性有著重要影響，設計合適的調度算法能夠將網絡傳輸延時限制在一定的范圍內，本文僅在特定條件下對網絡調度算法進行改進，對于適合各種條件的通用的信息調度算法需要進一步研究。