移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)由不需要基础设施的移动节点组成,被广泛应用于紧急救援、科考调查、军事战场等多个领域。然而MANET的高动态拓扑和分布式组网方式导致网络管理困难,难以实现网络资源的有效分配和利用,限制...
详细信息
移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)由不需要基础设施的移动节点组成,被广泛应用于紧急救援、科考调查、军事战场等多个领域。然而MANET的高动态拓扑和分布式组网方式导致网络管理困难,难以实现网络资源的有效分配和利用,限制了MANET在较大规模网络中的发展。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)集中控制的逻辑为MANET的问题提供了新的解决思路。目前,许多研究者提出了在无线自组网中使用软件定义移动自组织网络(Software Defined Mobile Ad Hoc Network,SD-MANET)架构,动态管理和利用网络的可用资源。然而由于网络拓扑动态变化,一般的SD-MANET的路由方法存在流表项生存时间短、控制开销大等问题,难以在大规模无线自组网中得到实际部署应用。本文基于SD-MANET网络架构,结合源路由思想、分段路由思想及贪心方法,设计出一种面向大规模SD-MANET的分段路由方法SD-SR(Software Defined Segment Routing)。SD-SR充分发挥了源路由的优势,由控制器将路径下发到源节点并附加到数据包报头,降低了中间节点对流表项频繁查找和更新带来的开销。SD-SR的分段转发机制解决了路径中任意节点失效即引起整条路径失效的问题,提高了路由路径的生存时间,减少了路由失效后路由请求的次数。段内路由采用基于地理位置的GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)协议,段内转发开销低,并使中间节点能够应对拓扑的动态变化。针对SD-SR路由方法中的分段路径选择问题,本文提出了分段路径选择问题的数学模型,并设计出一种基于贪心方法的快速分段路径选择算法。分段路径选择模型从构建可行路径、选取关键中间节点和实现流量负载均衡等方面约束可行的中间节点,使用多个网络中心性指标评估节点的关键程度,有效地提高了路由路径的生存时间。基于贪心思想的分段路径选择算法SPSA(Segment Path Selection Algorithm)采用了贪心迭代的思路,能够快速计算出接近最优解的分段路径点,保证控制器的响应时间。本文实现了基于离散事件仿真机制的网络仿真工具,并在该工具上实现了SD-SR路由方法的交换机和控制器,对提出的方法进行了仿真和实验验证。数值仿真结果显示,SPSA算法选择的分段路径点与最优解之间的准确性超过85%,且与最优解之间的平均距离差不到0.15跳。基于离散事件仿真的性能仿真实验结果表明,本文提出的SD-SR路由方法有效地提高了网络投递率和流表项生存时间、降低了网络控制开销,更适用于复杂的大规模移动场景。
近几年,移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)在军事行动、灾害救援等领域均有广泛应用。但是随着用户对网络的使用体验、服务类型、服务质量等要求逐渐增高,传统的分布式网络架构已不能满足用户的复杂需求。针对上述问题,传统...
详细信息
近几年,移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)在军事行动、灾害救援等领域均有广泛应用。但是随着用户对网络的使用体验、服务类型、服务质量等要求逐渐增高,传统的分布式网络架构已不能满足用户的复杂需求。针对上述问题,传统的分布式网络架构也逐渐向逻辑集中式网络演变。软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)是实现网络集中管理的关键技术。故本文借鉴SDN集中式管理网络的思想,设计了基于网络知识的移动自组织网络优化框架(Network Knowledge based Optimization Framework of MANET,NKOFMANET)。本文的主要工作如下:首先,确定了NKOF-MANET框架的主要结构,内容如下:1)网络中信道分为带外信道和带内信道,通过带外信道上报网络知识,通过带内信道传输网络数据包,将网络的控制平面和数据平面分离。2)基于节点的物理属性将节点分为三类,其中网络中Ⅰ类节点作为网络的控制中心,Ⅱ、Ⅲ类节点作为业务转发节点。其次,基于协议层分别梳理网络知识,并详细阐述了网络知识的计算,最后设计了一个知识上报的应用层协议完成了网络知识在节点间的迁移,该应用层协议主要包含三种报文,分别为节点属性知识消息,链路知识消息和业务请求消息,通过三种消息的协调工作,完成网络知识的迁移。再次,基于NKOF-MANET框架分别在物理层、链路层和网络层提出三种方法,分别为:物理层抗干扰方法、链路层资源优化分配方法和网络层负载均衡方法。具体内容如下:物理层抗干扰技术通过周期性检测连通度并根据抗干扰算法改频来实现抗干扰;链路层资源优化分配方法通过集中式的时隙计算和基于业务流的时隙预分配思想对USAP协议进行优化;网络层负载均衡方法通过基于网络链路负载的集中式计算路由,实现负载均衡。最后,本文使用OPNET14.5仿真工具对所提出的框架和协议进行建模实现。通过设计不同的仿真场景,对NKOF-MANET框架的应用进行性能验证。仿真结果表明,在受干扰、业务流复杂的大规模网络场景中,该框架能有效地完成抗干扰,优化时隙分配结果,实现负载均衡。实验证明,本文提出的方法有效地降低时延,并且提升业务投递率。
随着电力负荷的不断增加,尤其是冲击性负载、恒功率负载和非线性负载的快速增长,电能质量问题发生的频次越来越多,其中,电压跌落问题发生概率最高。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer,DVR)能够有效治理电压跌落问题,是目前应用...
详细信息
随着电力负荷的不断增加,尤其是冲击性负载、恒功率负载和非线性负载的快速增长,电能质量问题发生的频次越来越多,其中,电压跌落问题发生概率最高。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer,DVR)能够有效治理电压跌落问题,是目前应用最为广泛的电压暂降补偿装置。DVR补偿电压的性能直接影响用户侧的电能质量,其控制方法的研究具有重要意义。当DVR离网带载运行时,恒功率负载的负阻特性易造成DVR运行的不稳定。因此,本文以无串联变压器的并联型DVR为研究对象,主要从控制方法、参数标幺化设计和离网阶段带恒功率负载时的稳定性问题三个方面展开研究,并通过仿真和实验进行了验证。首先,简要介绍了无串联变压器的并联型DVR拓扑结构、工作原理和工作模式,建立了其数学模型,为后续章节的研究提供了理论基础。针对传统的PI双闭环控制应对负载突变能力较差的问题,本文采用了带负载电流前馈的PI双闭环的控制方法,对其控制原理进行了分析,并给出了双闭环PI控制的参数设计,其中,电流内环PI参数采用零极点对消的方法进行设计,电压外环PI参数采用解析计算的方法确定。最后,通过仿真和实验对理论分析和控制方法的有效性进行了验证。其次,针对不同规格的DVR系统控制参数的标幺化设计展开研究。分别从控制对象和控制器两个方面对DVR系统进行标幺化,对比标幺化前后控制对象和控制器的结构特点,确定了标幺化后双环PI参数;其次,根据不同系统之间PI控制器的相似性,进行了控制参数标幺化设计。最后通过仿真和实验验证了所述方法设计的PI参数运用在三个不同系统的可行性和准确性,满足系统的设计需求。最后,针对DVR离网阶段带恒功率负载时的稳定性问题展开研究。首先,分析了恒功率负载特性及其对级联系统稳定性的影响,指出了其负阻特性易造成级联系统的不稳定。其次,建立了DVR的小信号阻抗模型,给出了电路参数和控制参数对其输出阻抗特性的影响规律。并通过谐波注入的阻抗测量方法进行阻抗扫频,验证了DVR小信号阻抗模型和理论分析的准确性;在此基础上,基于Middlebrook阻抗比判据,分析了参数变化对DVR带恒功率负载组成的级联系统稳定性的影响规律,给出了系统稳定的参数边界。并通过仿真和实验验证了上述理论分析的正确性,为DVR带恒功率负载控制参数设计与工程调试提供理论指导。
目前,扑翼飞行器(Flapping-wing air vehicle,FWAV)是仿生机器人领域的一个热门研究方向。其具有隐身性强、飞行灵活、噪声小、结构尺寸多变等特性,在军工、商用、民用等诸多行业都有很好的应用前景。但目前扑翼飞行器的研究存在飞行参...
详细信息
目前,扑翼飞行器(Flapping-wing air vehicle,FWAV)是仿生机器人领域的一个热门研究方向。其具有隐身性强、飞行灵活、噪声小、结构尺寸多变等特性,在军工、商用、民用等诸多行业都有很好的应用前景。但目前扑翼飞行器的研究存在飞行参数体系庞大且不完善、结构设计不规范、飞行环境复杂、干扰量化困难等问题。这使得在对其进行姿态控制和高度跟踪时存在控制精度不高,系统抗干扰能力差,鲁棒性不强的现象。本文拟从完善扑翼飞行器力学分析方法、选择合适的飞行参数、设计具有自适应能力的姿态和高度控制算法等方面改善该问题,具体的研究内容如下:建立精确的扑翼飞行器力学模型。定义多个坐标系,在相应坐标系下逐一对扑翼飞行器机身、机翼、尾翼进行力学分析。最后根据坐标系之间的转换关系,推导出机体坐标系下扑翼飞行器力与力矩的计算模型。为无限逼近扑翼飞行器的真实模型,在计算柔性翅翼的气动力时考虑其弹性形变及其形变扭转力;同时,拆分尾翼为平尾+垂尾的物理模型,分析二者受力,推导出平尾与垂尾对扑翼飞行器滚转、俯仰、偏航的控制关系。建立姿态与高度控制模型,基于滑模控制设计具有自适应能力的控制算法。建立扑翼飞行器绕质心转动的动力学模型,以尾翼气动力矩作为姿态控制系统的输入量,推导出姿态控制的数学模型。根据扑翼飞行器瞬时高度与高度方向上速度、加速度以及升力之间的关系,以机翼扑动升力作为高度控制系统的输入量,推导出高度控制的数学模型。基于滑模控制算法,分别设计出双闭环积分滑模控制系统和等效滑模控制系统。根据滑模面函数的变化情况,提出等速趋近项滑模增益ρ和指数趋近项滑模增益k的自适应控制算法,最后利用Lyapunov函数验证系统的稳定性。利用Matlab/Simulink环境搭建控制系统的仿真模型,观察扑翼飞行器在复杂飞行环境里的飞行情况。在Matlab的Simulink环境里,利用MATLAB-Function模块搭建扑翼飞行器姿态和高度控制仿真模型,对比仿真定值干扰和时变干扰下,自适应滑模控制算法与定值滑模控制算法对扑翼飞行器姿态和高度的控制效果,验证本文提出的自适应控制算法控制效果的优越性。最后,基于实验室样机的机械结构,完成控制系统的硬件电路与软件程序设计。以ALIENTEK STM32F103最小系统板为主控制器,搭载直流无刷电机、电调、舵机、姿态传感器JY901、高度计MS5611、金士顿32GB TF卡、无线传输模块组成控制系统硬件电路。基于本文提出的自适应滑模控制算法编写扑翼飞行器姿态与高度控制程序。最后,在户外进行飞行实验,观察控制系统对扑翼飞行器姿态和高度的控制情况。采集实验数据绘制姿态和高度响应曲线,与仿真曲线进行对比分析,验证本文提出的自适应滑模控制算法的正确性与适用性。
暂无评论