系统时间窗Tc如何设定?Tc的改变对哪些参数有影响?
令η为网络的最大有效利用率,
则η=1-(Tm/Tc) (5)
显然,由(1)式知,Tc决定网络的最大利用率。随着Tc的增大网络的最大利用率增大,那么为什么不尽量增大Tc呢?因为作为控制网络,它要求实时性。若Tc比较大,同步系统和异步系统就会产生耦合,故Tc也不能太大。所以Tc的设定要根据具体的网络而定。
何为系统灾难情况?由于系统由两个子系统异步系统(Sa)和同步系统(Ss)组成。由于同步系统它的信息量是决定于传感器的采样率,故它的信息量是恒定的。而对于异步系统,由于它相对于时间是异步系统,故当所有异步信号同步发生时,此时为异步系统的灾难情况。当然,也是总的系统的灾难情况。由于我们设定了最大异步窗,所以当灾难发生时,网络旧具有一定的传输能力。
这样在时域上平衡了网络负载,随着单网段节点数目的增加,充分提高了带宽利用率,当然也就减少了控制信息的时延,下面将有实验仿真结果。
五、仿真分析
这里我们认为在一个系统中它的异步信息量趋于正态分布,在我们的仿真中设定每帧的发送时间为单位时间1。帧开头的时间为4单位时间,异步信息趋于正态分布n(40,16),随着总线时间窗长度的变化总线利用率也发生变化,我们将得到动态时间窗和静态时间窗(即异步窗和同步窗长度相等)的总线利用率。系统仿真结果如图4所示。从图中可看出:
1.首先在异步信息分布一定的前提下,总时间窗长度存在某一值能使总线利用率最大。反映在工程实际中也就是同步信息的数量有一个最佳的取值。
2.其次动态时间窗比静态时间窗有较好的总线利用率,而且随着总线时间窗长度的增大而更明显。
图4 系统仿真结果
六、系统的实现
基于CAN总线的系统实现:在该系统中,有一个主节点,它主要完成网络信息的调度,它被赋予最高优先级。再次,对于其他收发事件信息的节点赋予次高优先级,最后,给那些收发时间信息的节点赋予最低优先级。
主节点完成的功能:发送窗开始信息和QOS指针,这两个信息都是广播帧。当主节点发送窗开始信息时,所有节点都接收,这样就达到整个网络同步的效果。QOS信息不是每个系统窗都必须的,当事件信息在最大异步时间内能够完成发送,则QOS不发送;相反,当异步窗达到最大异步时间窗时,主节点就会发送QOS指针,所有节点都收到该信息,所有异步节点停止发送信息,此时同步接点才开始可以发送信息。
异步节点完成的功能:异步节点时刻在监听总线,当窗开始信息到达时,由于异步节点的优先级都高于同步接点,此时,异步节点可以发送信息,在这些异步节点当中按照优先级的不同来调度异步信息。当QOS指针信息到达时,所有异步节点停止发送信息,只能接收。
同步节点完成的功能:同步节点也时刻在监听总线,当窗开始信息到达时,由于同步节点相对于异步节点比较低,所以虽然此时它们也发送信息,但只要有异步信息它们就会退出。当QOS指针信息到来时,由于异步节点停止发送信息,同步节点就可以发送信息。
七、结束语
本文在系统讨论了基于CAN总线的闭环网络控制系统的特点,分析了其时域延时情况。结合CAN总线的自身特点采用了多率采样和动态时间窗的理念,设计了基于CAN的网络控制系统。并在实验室级调试下,证明该闭环网络控制系统具有良好的实时性。
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