基于软件自适应技术的巡检机器人软件系统应用开发
为使巡检机器人后台主控软件可以通过软件自我调节的方式，适应动态的计算环境，保障巡检性能，从而在软件运行角度提升工作效率与用户使用流畅感。本文结合控制理论与软件工程技术，以室外巡检机器人软件系统为控制对象，设计了可以对计算环境变化进行观测和对自身资源占用进行调节的机器人软件自适应系统。本文主要工作为： 一、对变电站室外巡检机器人业务需求，设计并编写了机器人后台主控软件系统，并进行分析抽象，搭建软件自适应应用架构。分析了巡检机器人软件系统的功能特点，将巡检机器人软件自适应设计分解为观测层-粗粒度层-细粒度层三层设计，为机器人软件自适应设计提供了框架支撑，从软件运行角度保障了巡检机器人工作稳定性。 二、为使巡检机器人软件自适应系统可以更好的感知环境变化，并对可能出现的计算环境改变提前做出反应，进而为未来时刻可能出现的计算环境异常调整出资源空间，维护机器人工作稳定性与高效性，本文设计了融合趋势预测的计算环境观测层。同时针对巡检机器人软件系统运行环境出现的频繁抖动对自适应调整以及预测带来的影响，设计了滑动平均观测与基于分块全连接的预测模型，有效改善了抖动带来的机器人适应目标频繁变化及预测精度问题。 三、对于巡检机器人软件系统而言，由于巡检机器人业务较多，导致了软件系统逻辑复杂、体量较大。而且调节过程中需要考虑机器人工作状态，因此无法直接建立有效数学模型对其整体进行调节。本文将软件系统划分为多个功能模块，将软件系统整体的资源调整作为一级控制，并将调整量通过资源调度的形式传递至每个功能模块，由模块内的二级控制回路进行具体调节。由于二级控制中各模块内部调节速度不同，会导致整体资源调节的局部异常，因此本文设计了基于协同控制的资源调度方法，实现了在粗粒度上对软件系统的有效资源控制，消除了局部异常。 四、分析系统各个功能模块的资源占用、控制裕度特点，针对资源占用最大的视频监控模块构建了多变量解耦器，同时结合自适应鲁棒控制完成对其的内部调节，并构建Lyapunov函数证明了稳定性。针对软件系统作为被控目标具有的时变特性，本文设计了在线辨识反馈解耦器以增加控制精度。针对可调配置参数作为被控量对用户体验的影响，本文设计了误差容忍机制，从而减小配置参数改变频率。有效实现了针对每个功能模块内部的资源占用调整。 五、编写软件自适应设计代码，以非侵入式编程的方式，将自适应管理线程附着在已有软件系统上，并在机器人实验平台上对设计的软件自适应功能进行验证。
巡检机器人;软件自适应;资源监测;资源调节;资源调度
南京理工大学
硕士
控制理论与控制工程
周川;郭健
2019
中文
TP242.2
2021-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）