CAN網絡故障的早期預警方法研究.pdf

1、隨著工業(yè)控制系統和自動化系統的復雜性增加，對工業(yè)網絡通信質量可靠性控制難度也變得更大，而且每年因網絡設備可靠性問題帶來的保養(yǎng)和維護成本巨大，因此可靠性監(jiān)控及狀態(tài)預測對于工業(yè)生產制造具有非常重要的意義。暫態(tài)性連接故障是影響網絡可靠性的眾多因素之一，對網絡節(jié)點支線路物理連接會形成隨機性微秒級關斷，造成通信報文的丟失，進而對產品質量甚至人身安全造成影響。在本課題研究中，在提出廣義零膨脹泊松模型基礎上，對通信系統中錯誤幀事件離散化建模，通過參數

2、分析對比優(yōu)化控制圖，實現了CAN網絡總線通信質量的在線實時監(jiān)控和早期預警。并運用故障界定原理和期望分布進行節(jié)點脫離總線時間預測，通過實驗設計分析，驗證了CAN網絡故障早期預警方案的有效性和準確性。
　　論文第一章在簡要介紹CAN網絡通信故障對生產控制系統的影響和錯誤幀事件離散化分析方法的基礎上，提出了CAN總線網絡可靠性監(jiān)控的重要性。通過對工業(yè)網絡通信性能及應用、CAN網絡可靠性監(jiān)控和基于離散事件狀態(tài)時間預測方面的國內外研究現狀分

3、析，更進一步的明確了該課題的研究意義和研究價值;最后，提出了本課題研究的主要目標和研究內容，為以后的研究工作確定了方向。
　　論文第二章主要在錯誤幀觸發(fā)原理分析基礎上，將故障事件離散化分類處理，并提出了符合故障事件分布特征的GZIP模型及參數點估計方案。在模型參數化求解及驗證過程中，設計并分析了參數初始值物理意義及時間觀測窗口優(yōu)化方案。最后，根據GZIP模型估算結果采用對比分析方案驗證了模型描述錯誤幀事件分布的有效性。
　　

4、論文第三章主要結合實驗對模型參數特征和預警方案設計進行了研究。在模型參數上，似然置信域參數區(qū)間估計和參數預估假設檢驗方案的對比分析，為模型參數的區(qū)間估計提供了較為準確的分析方案，確保了模型參數點估計值的有效性;最小樣本長度的計算為實驗數據建模確保了準確的數據和分析效率的提高;除此之外，通過模型及參數的分布趨勢分析總線錯誤注入速率對模型參數影響，為控制圖的優(yōu)化奠定基礎。最后利用RPC控制圖特性和GZIP模型分布參數區(qū)間監(jiān)控數據受控程度，實

5、現CAN網絡故障的實時監(jiān)控和早期預警。
　　論文第四章在節(jié)點故障界定原理分析基礎上，確定內置發(fā)送錯誤計數器TEC值的變化規(guī)律。并結合更新過程中錯誤幀頻數定義確定期望主參數分析方案。基于整數倍輪詢周期，通過期望和時間觀測窗口比值建立Hitting-time關系庫。實驗驗證中通過對篩選出仲裁區(qū)錯誤幀的數據建模參數及置信區(qū)間計算，得到Hitting-time的估計值和分析區(qū)間，最后驗證了Hitting-time預測值能較好的符合實驗結果

6、，實現了系統通信中節(jié)點總線關閉狀態(tài)的初步預測。
　　論文的第五章對本課題已完成的研究工作和實驗結果作了全面的總結，并指出了在研究工作中存在的問題，提出了以后的研究工作中應該開展的重難點。
　　早期故障預警建模分析的實驗基礎是錯誤幀事件的捕獲和離散化處理。為此，搭建了基于CAN網絡錯誤幀采集的實驗系統平臺。論文附錄A對系統平臺的具體結構和實現方法進行了簡單介紹，主要包括:DeviceNet網絡通信子系統結構及配置、暫態(tài)性連接故