資源約束實時控制系統(tǒng)反饋調度的研究.pdf

1、隨著信息技術的快速發(fā)展，實時控制系統(tǒng)（RTCS）資源約束特性日益突出。同時，由于諸多不確定因素和工作負載的動態(tài)變化，RTCS總是運行在不可預期的開放環(huán)境中。在這種新的實現(xiàn)環(huán)境下，傳統(tǒng)以控制與調度分離為特征的控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)方法無法提供必需的控制質量（QoC）保證。 本文考察了計算與控制學科不斷融合的發(fā)展趨勢，立足于控制與調度協(xié)同設計的研究新思路，從動態(tài)資源管理的獨特視角研究了RTCS中存在的一些新問題。針對問題建立了集成控制與

2、調度協(xié)同設計的框架結構，提出了一些基于先進控制算法的實時控制系統(tǒng)反饋調度方法。重點考慮CPU和能量這兩類資源約束問題，分別提出了基于支持向量機的計算資源反饋調度和基于模糊邏輯的能量資源反饋調度方法。主要研究內容如下： 在CPU調度方面，本文考慮處理器速率有限的多任務嵌入式控制系統(tǒng)。由于諸多不確定性因素和工作負載的動態(tài)變化，系統(tǒng)總是運行在不可預期的開放環(huán)境中。首先為優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，給出了最優(yōu)反饋調度問題的數學描述，并探討了相關

3、的數學求解方法。為了克服數學最優(yōu)反饋調度方法計算量過大，不適合在線使用的缺點，我們提出了一種基于支持向量機的計算資源反饋調度方法。它周期性地監(jiān)測系統(tǒng)計算資源，根據可使用的最大CPU利用率，通過SVM在線預測，得到各個控制回路的下一個采樣周期，從而實現(xiàn)系統(tǒng)計算資源的動態(tài)分配。通過仿真實驗驗證了該反饋調度方法的性能，并與理想情況、傳統(tǒng)開環(huán)調度方法進行了比較，顯示了其優(yōu)越性。 在能量管理方面，本文試圖在保障嵌入式控制系統(tǒng)QoC的同時盡

4、可能降低處理器能耗。在保證系統(tǒng)整體控制性能的前提下達到盡可能低的能耗，一直是嵌入式控制系統(tǒng)中能量管理的目標。由于諸多不確定性因素和負載的動態(tài)變化，嵌入式系統(tǒng)總是運行在不可預期的開放環(huán)境中。為了有效處理CPU負載變化及控制任務執(zhí)行時間不確定等問題，我們提出了一種基于模糊邏輯的能量覺察反饋調度方法。反饋調度器動態(tài)調節(jié)CPU的處理速度，實現(xiàn)對CPU利用率的有效控制，從而提供了一種有效的能量管理機制。通過仿真實驗與常規(guī)動態(tài)電壓調整方法、傳統(tǒng)方法