控制系统周期性任务调度中优化采样频率的求取
刘怀;王绪伟;胡继峰
【摘 要】文章分析了控制系统中任务的特点,根据任务调度中系统性能与采样频率的关系,指出了控制系统优化中任务调度应满足的条件.基于这些条件,文章给出了优化采样频率的求解方法和算法. 【期刊名称】《计算机工程与应用》 【年(卷),期】2002(038)014 【总页数】4页(P76-78,84)
【关键词】控制系统;采样频率;优化;任务调度 【作 者】刘怀;王绪伟;胡继峰
【作者单位】东南大学自动化研究所,南京,210096;东南大学自动化研究所,南京,210096;云南民族学院化学系,昆明,650031 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
控 制 系 统周 期 性 任 务调 度 中优 化 采 样 频 率 的求 取刘 怀 ‘ 王 绪伟 ’ 胡 继 峰 2（东 南 大 学 自 动 化 研 究 所 ， 南 京 2 1 0 09 6） z（云 南 民 族 学 院 化 学系 ， 昆 明 65 0 0 3 1） E- m ail : s m f ei @ s e u.e d u.c n摘 要 文 章 分 析 了 控 制 系 统 中 任 务 的 特 点 ， 根 据 任 务 调 度 中 系 统 性 能 与 采样 频 率 的 关 系 ， 指 出 了 控 制 系 统 优 化 中 任 务调 度 应 满 足 的 条件 。 基 于 这 些 条 件 ， 文 章 给 出 了 优 化 采 样 频 率 的 求解 方 法 和 算 法 。关键 词
控 制 系 统 采样 频 率 优化 任 务调 度 文章 编 号 1 00 2 - 8 3 3 1 -( 2 00 2)1 4 - 00 7 6- 0 3 文 献 标 识 码 A 中 图 分 类 号 T P 3 1 6S ol vi n g O p ti m al S a m pli n g Fr e q u e n ci e s f o r P e ri o di c T a s k Sc h e d u li n g i n C o n t r ol S y st e m Li u H u ail W a n g X u w eil H u Jife n g 2 '( A u t o m a t i o n R e s e a r c h I n s t it u t e of S o u th e a s t U n i v e r sity , N a n ji n g 2 1 0 0 9 6 ) 2( C h e m i s t ry D e p a rt m e n t o f Y u n a n N a t i o n ality I n s tit u t e , K u n m i n g 6 5 0 0 3 1 ) Ah s t r a c t : T h e c h a r a c t e r i s tl C o f th e p e r i o di c t a s k o f c o n t r ol s y s t e m i s a n aly z e d , a n d th e c o n ditio n s w hich t a s k s c h e d ul - in g i n c o n t r ol s y s t e m o p t i m i z a t i o n s h o uld b e m e t a r e p r e s e n t e d a c c o rdi n g t o th e r el a t i o n b e t w e e n c o n t r ol s y s t e m p e r f o r - ma n c e a n d s a m pli n g fr e q u e n c i e s i n t a s k s c h e d uli n g.B a si n g o n th e s e c o n diti o n s ,th e me th o d a n d th e alg o r ith m f o r a c q u i r - in g o p t i m al s a m p li n g f r e q u e n ci e s i s p r e s e n t e d.Ke y w o r d s : C o n t m l S y s t e m , S a m pli n g F r e q u e n c y , O p t i m i z a t i o n , T a s k S c h e d uli n S ;l 引 言 实 时控制 系 统 是 运 行 在 南 多 个 处 理 器 组 成 的 数 字 计算 机系 统 上 的 实 时 系 统 ， 主 要 完 成采 样 、 控制 计算 、 状 态 更 新 、 控制输 出 、 实时 数据存储 、 数据通 信 、 显 示 更 新 、 报警等任 务 。 为 了 节省 和 充 分 利 用 计算 机 资 源 ， 在 控 制 系 统 中 ， 常 常 把 多 个 控 制 回路集 中 在一 台 处 理 器 卜， 这 就 涉 及 到 处 理 器 如 何 实 现 对 多 个 任务调 度 问 题 。 任 务 调 度 的 好 坏 不 仅 影 响任 务 的执 行 和 计算 机 资源 的 利 用 ， 而 且 对 控制 系 统 的 整 体性 能 有 很 大 的 影 响 。控制系 统 的周 期 性任务 ， 如系 统采样 、控制 计算 、 控制 输 出等 ， 它们 的 实例都足周期性 产 生 的 ， 足系 统 要 处 理 的 主 要 任务 ，占用 处 理
机 的 时 间 较 多 ， 是影 响系 统性 能 的 主 要 因 素 。 因 而 对周 期 性 任 务 调 度 的 好 坏 成 为 影 响 控 制 系 统 性 能 的 关 键 因 素 之 一， 所 以 文 章讨 论 对 控 制 系 统 中周 期 性 任 务 静 态 优 化 调 度 策略 。 Li u 和 L y a n d 川 研 究 r 实 时 系 统 的 基 本 调 度 算 法 - R M S 和F ' D F 调 度 算 法 ， 并 指 出 R M S 和 E D F 分 别在 静 态 、 动 态 调 度下 是 最 优 的 调 度算 法 。 但 是 任 务 的采样周 期 是 不 变 的 ， 不 能使系 统 性 能 优 化 。 S e t o I).(21 等 人 提f{{ 任 务 周 期( 频 率) 可 变 的 周 期 性 任 务 模 型， 给 出 控 制 系 统 的 性 能 与 采 样 频 率 之 间 的 关 系 ， 在 使 所 有 任务 都 可 调 度 的 前提 下 ， 通 过 优 化 采 样 频 率 ， 提 高系 统 的 性 能 ， 但是 它 没 有 考 虑 执 行 时 间 的 变 化 ， 也 没 有 给出 调 度算 法 。 G e r vi nf3l提出任务 分解 模 型 下 的 调 度算 法 ， 将控制 任 务 分解 为 两 个 子任务 ， 并 分 配 子任务 时 限 ， 以 加快控制输出 的响 应 速 度 ， 同 时 减 少控制 计算 的 延 迟 以 及 控制 与 采 样 的 抖 动 ， 提 高 系 统 忭 能 ， 但 没有 考 虑 系 统 过 载 的 处 理 问 题 ， 而 且 算 法 过 于 复 杂 ， 不 利 于 在 线实 现 。 M a r c o C a c c a m o c4]等 人 提 出 任 务 时 限 重 新 设 置 的 调 度 算法 ， 提 高任 务 的 可 调 度 性 ， 在一般情 况 下 采用 任 务 的 优 化 频 率 ，当任 务 出 现 超 时 时 ， 采 用 薰新 设 置任 务 时 限 ， 增 大任 务 周 期 ， 使 任 务 能够完 成 ， 并 不 影 响 其 他任务 。 B utt a z z o C.C ．Ia 等 人 提 出 一种弹性任 务调 度算 法 ， 它 根 据系统 运 行状 态 的 不 同来 改 变任务 的周 期 ， 压 缩 和 释放任务 的利 用 率 ， 从 而 提高 系 统 的 性 能 ， 但 是 ‘邑假 定 任 务 的 执 行 时I砌 是 确 定 不 变 。 M i n s o o R y u16]提 出 实 时控 制系 统 的 动 态 性 能 和 静 态 性 能 与 其 采 样 周 期 和 输 入 输 出 延 迟有 关 ， 这 螳 性 能 指 标 随 采 样 周 期 和 输 入 输 出 延 迟 的 减 小 而 变好 。 对 于 一 个 简单 的 数 字 控 制 回 路 呵 以 表 示 为 图 1 的 形 式 ， 由A / D 转换 器提供控 制 计算 所需 的 数字 测 量 信 号 ， 控 制 计算 产 生控
控制系统周期性任务调度中优化采样频率的求取
