基于ANCS方法的协同设计-嵌入式与网络计算湖南重点试验室.PPT

一、研究内容 二、研究背景 二、研究背景 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 三、基于ANCS方法的协同设计 四、控制设计 四、控制设计 四、控制设计 四、控制设计 四、控制设计 五、实验设计 五、实验设计 五、实验设计 五、实验设计 六、存在的问题 七、启示 七、启示 七、启示 * * 2015.3.27 龚红仿 仲裁网络控制系统：CPS控制与平台协同设计 The Workshop on Control of Cyber-Physical System Held at The Johns Hopkins University, Baltimore, USA, March 20-21, 2013 Publisher: Springer Authors: Active-adaptive Control Laboratory, MIT 网络控制系统研究领域在网络丢包、时变延迟和抖动出现的情况下，传统上主要关注建模与设计分布式控制器。本文在假定给定网络特征的情况下，重点关注控制器。在几种CPS中，可能不仅要考虑设计分布式控制器，还要考虑设计常驻处理器和通信总线的调度参数。我们称这一系统为“仲裁网络控制系统”(ANCS)，需要协同设计网络和控制器的仲裁策略参数。“实时演算”(Real-Time Calculus, RTC)分析方法用于设计网络，时延问题的处理用于确定控制器。时延对象是具有延迟的三个四旋翼无人机控制平台。 汽车、航空控制系统、工业自动化系统常常是分布式嵌入式系统，有大量的处理单元(PUs)，传感器(Sensors)和执行器(Actuators)并通过诸如CAN、LIN、FlexRay等共享总线进行通信。这种结构常常在多种控制性能(quality-of-control)约束下用于分布式控制。在这种环境下，产生的问题是如何设计网络和控制器，包括依赖被控对象(Plants)、控制性能需求的网络参数的选择和依赖具有时延、抖动等网络特性的控制器参数选择。我们称这种环境为“仲裁网络控制系统”。 本文提出的协同设计开始于传感器与执行器之间的具有上界的传输时延的分析计算。这一时延依赖于包括嵌入式平台结构及其调度属性、提供服务的平台应用在内的多种因素。通过运用诸如RTC的实时系统分析工具计算最坏情况时延。不容忽视的时延存在对于被控对象的基本的数据采样模型和相应的控制性能之间产生了重大变化。这一模型的复杂性进一步增加了对时延值大于还是小于采样周期的依赖性，使得控制器设计也相应更为复杂。我们考虑着两种情形，确保闭环系统稳定性。本文假定时延是常数。 为了说明一个ANCS，我们考虑一类典型的分布式嵌入式结构(图1(a)(b))。将ANCS定义为一种实现结构，以获得先前的时延信息并利用它设计合适的控制器。 1.问题描述 我们考虑具有多个分布式控制应用的平台结构(如图2)。这些控制应用被划分成多个映射到不同PUs的任务。这些PUs之间通过共享通信总线进行通信并运行不同的任务。对处理器的调度和共享总线的仲裁在各种控制器中产生时延。这些时延依赖于总线的仲裁和Pus的调度策略。 (1) 硬件/软件结构(图2)。 (2) 控制应用(图3,4,5)。三个控制应用 (3) 通信调度(图6)。共享通信总线遵从分层TDMA/FP调度策略。 2. 组合时序分析。本节给出实时演算(RTC)框架概述，该框架是一种分析分布嵌入式实时系统性能特性的分析方法。给定几种映射到不同处理器和通信资源的分布式应用，我们关心如何计算最大的端到端的时延。设累积函数A(t)表示在时间间隔(0,t]到达的事件总数，用到达曲线对 表示任意的时间间隔长度Δ期间到达的事件数的上、下界。那么下式成立： 我们也能够在处理器或总线上建模处理任务或传送消息的有效的资源容量。设累积函数C(t)表示在时间间隔(0,t]能处理的事件总数，用服务曲线对 表示服务现有的任务或消息数目的上、下界。那么有： 如图7，当在一个共享的资源上运行几个任务时，用这一资源服务现有任务的界限依赖于使用的调度策略。例如，在PU1中，根据FPS执行任务。因此