工业网络系统的分布式边缘感知与协同控制
批准号:
61933009
项目类别:
重点项目
资助金额:
301.0 万元
负责人:
陈彩莲
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈彩莲
中文摘要
工业网络系统是融合大量感知、通信、执行终端和边缘计算单元的高维动态系统,是实现大型工业自动化过程监控的关键。这类系统具有感知维度高、网络动态性强、子系统耦合等突出特性,如何在网络环境下实现感知分布性、传输适变性、控制协同性成为新的研究挑战。本项目围绕“工业网络系统感知机理与协同机制”这一关键科学问题,提出了以边缘计算单元为核心的新型网络架构。充分利用边缘计算单元对分布式感知和协同控制的支持能力,开展工业异构网络分布式边缘感知、适变可靠传输、感知反馈的协同控制三方面研究工作,形成“感知-传输-控制”一体化实现方案,并构建相关实验平台,开展应用验证。预期成果将为大规模工业过程监控网络系统面临的重要科学问题和技术问题提供理论框架和设计方案,对促进网络协同制造等工业信息化应用具有重要的指导意义。
英文摘要
Industrial network systems are a class of high-dimensional dynamic systems orchestrating a large number of sensing, communication, execution terminals and edge computing units. It is the key to realize large-scale industrial automation process monitoring. This class of systems have significant characteristics such as high-dimensional sensing, strong network dynamics, and coupled subsystems. How to realize distributed sensing, adaptive transmission and coordinate control in the network environment is a new challenge for such kind of systems. This project is concerned on the key scientific problems of “sensing theory and coordination mechanism for the industrial network system”, and a new network architecture is to be proposed with the edge computing unit. Exploiting the ability of the edge computing units to support distributed sensing and coordinate control, the research on distributed edge sensing of industrial heterogeneous networks, adaptive and reliable transmission and sensing feedback based coordinate control are to be conducted. The “sensing-transmission-control" orchestrated solution is to be investigated. The relevant experimental platform is to be built for verification on the proposed methods. The expected results will provide theoretical framework and solutions for important scientific and technical problems faced by large-scale industrial process monitoring network systems, and will be of important guiding significance for promoting industrial informatics for important applications, such as network integrated manufacturing.
高强钢、合金钢等战略性钢材需具备超高强度、耐高温不变形等特性,对热轧等制造过程提出了极高要求。将关键工艺参数命中在极窄窗口内,对成品率和性能稳定性起决定性作用,需构建现场级工业网络系统,通过泛在感知与协同控制实现提质增效。本项目围绕“工业网络系统感知机理与协同机制”这一关键科学问题,以钢铁制造热轧为典型应用场景,率先提出“泛在感知-适变传输-协同控制”综合设计新思路,取得如下四方面成果:.1. 提出匹配热轧生产工艺的工业边缘网络系统架构,建立基于时间敏感网络(TSN)的闭环实时交互通道,首次定义任务时效性这一表征多任务协同能力的综合性能指标;.2. 深入挖掘热轧过程面临的环境动态性和工序耦合性突出特征,建立“感知-传输”融合模型,构造依赖于网络拓扑、感知对象时空分布的主动感知策略,解决通信资源受限下信息测不准难题;提出匹配轧制节奏的时空动态序贯触发感知方法,保证热轧全流程温度连续追踪,实现轧件全线温度履历构建;.3. 建立热轧现场异构数据确定性传输与网络资源协同优化机制,设计基于极大团枚举的TSN高效流调度算法,将约束空间复杂度从指数级降为多项式级,突破“不可能三角”边界,流量调度计算速度时间由小时级降为毫秒级;.4. 针对板坯宽度、板形等关键指标受粗轧、精轧、层冷多工序影响且控制精度难以保证难题,提出“控制性能牵引-感知性能激励”的交替设计机制,设计多域多道次感知的级联递推宽度控制方法和板形综合控制方法,实现关键工艺参数窄窗口控制与多工序协同。.本项目发表高水平论文81篇,已授权国内外专利25项,牵头制定国际标准2项,完成行业标准报批稿1项。项目成果获省部级科技奖励3项,一级学会奖励5项。本项目搭建了包含超过100个TSN网关和交换机的国内最大规模TSN测试床硬件平台,针对宝钢1580热轧产线开发了热轧数字孪生系统,用以验证所提出“泛在感知-适变传输-协同控制”综合设计方法的有效性。
网络系统的分布式感知与协同机制
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批准号:--
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项目类别:国家杰出青年科学基金
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资助金额:400万元
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批准年份:2020
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负责人:陈彩莲
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依托单位:
面向用户信息需求的VANET合作感知和适变传输机制研究
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批准号:61273181
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:陈彩莲
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依托单位:
WSAN中异构信息实时可靠传输协议设计
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批准号:60974123
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项目类别:面上项目
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资助金额:31.0万元
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批准年份:2009
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负责人:陈彩莲
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依托单位:
国内基金
海外基金