CN1361454A

CN1361454A - 基于控制代理程序的集散式控制方法和系统

Info

Publication number: CN1361454A
Application number: CN 00130889
Authority: CN
Inventors: 王飞跃; 黄小池
Original assignee: Guangdong Kelon Electrical Holdings Co ltd; Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Current assignee: Guangdong Kelon Electrical Holdings Co ltd; Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2020-12-25
Also published as: CN1131465C

Abstract

一种基于控制代理程序的集散控制方法和系统,将控制算法分解成多个控制代理程序集合,将之集中存储在服务器,在设备控制器常驻该设备缺省控制程序,在线运行时由仲裁程序决定选择控制代理程序,否则,运行当前控制代理程序或缺省程序。这种控制方法和系统,将代理程序技术作为智能化设备控制的有效方法和工具,可以充分地满足任何设备、用户、环境下对系统设备独到的功能和性能上的要求,而成本大大降低而灵活性则大大改善。

Description

基于控制代理程序的集散式控制方法和系统

本发明涉及计算机集散控制技术，具体涉及一种可用于现代家居信息服务和智能控制系统的基于控制代理程序的智能集散式智能控制方法和系统。

传统的分布式控制系统即集散式控制系统(DCS)，采用本地控制、全局管理的策略来降低系统复杂性、提高可靠性。但其不足是每个局部单元的控制环节是彼此独立的整体，从控制方法来看，没有考虑最优，不具备对各个控制算法进行优化功能，而实际上，各个厂家生产的不同设备的控制算法虽有差异，但就其本质而言，不外乎自适应控制、PID控制和模糊控制几种。主要使用的是PID控制及其变形。同时，可以看到，在网络环境下，例如，家庭内部局域环境下，可以采用有线、无线方式构造网络系统，如果每个被控设备设置独立的固定的控制程序，则可能造成控制资源的冗余，同时，也不能满足智能控制要求，也无法利用已有的通信网络进行个性化控制。

本发明的目的在于提供一种基于控制代理程序的智能集散式控制方法和系统，可以应用在例如家庭控制的系统中实现以下功能：1)可根据不同的设备，使其控制程序算法应具有随时而变(如季节变化，不同季节采用不同的控制算法)，随地而变(如区域化，不同地区采用不同的控制算法)，以及随人而变(即个性化，不同的家庭可以采用不同的控制方法)。“三化”的目的是有效地使用能源，减少现代化生活对环境的负面影响，提高了生活的质量水平。2)系统必须方便地实现各类设备的关连控制。比如，环境温度分区控制，即不同房间或区域的目标温度不同；各类娱乐设备的协调控制；不同房间灯光的协调控制；保安监视装置与电子门禁，报警系统的关连控制等。这些功能目前都是通过专门的控制系统来实现的，现在必须在家庭综合服务器上用统一的方式来实现。3)由于使用环境是普通的家居，低成本，高质量和可靠性是评价家庭控制系统是否成功的重要指标。最重要的目的是在满足上述功能要求的同时，降低设备和系统的成本。

本发明的目的是这样实现的，构造一种基于控制代理程序的集散控制方法，包括以下步骤：将被控设备的控制算法分解成多个控制代理程序的集合，将之集中存储在远程或(和)本地控制代理程序服务器中，在被控设备的控制器中常驻有该设备的简单缺省控制代理程序，所述被控设备在线运行时由对应的仲裁程序决定选择控制代理程序算法并将之送到该设备控制器上，否则，所述被控设备将运行当前控制代理程序或简单缺省代理程序。

按照本发明提供的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将部分控制代理程序集合存放在远方厂商控制代理程序服务器上，当所述仲裁程序决定最佳控制代理程序不包含在所述本地控制代理程序服务器上时，则通过网络连接，访问所述远方厂商控制代理程序服务器并下载其中的控制代理程序，添加到所述本地控制代理程序服务器上。

按照本发明提供的方法，其特征在于，还包括以下步骤：检测被控设备是否与本地控制代理程序服务器连接，如果处于连接状态，则从所述代理程序服务器下载由仲裁程序确定的控制代理程序到所述设备的可重写存储器中。

按照本发明提供的方法，其特征在于，还包括以下步骤：检测被控设备是否与本地控制代理程序服务器连接，如果处于非连接状态，则将预存在所述设备中的简单缺省控制代理程序作为运行程序。

按照本发明提供的方法，其特征在于，所述仲裁程序设置在控制代理程序服务器中。

按照本发明提供的方法，其特征在于，所述仲裁程序设置在所述设备控制器上。

本发明另一个目的这样实现，构造一种基于控制代理程序的智能集散控制系统，其特征在于，包括通过远程网连接的多个本地控制代理程序服务器以及一个或多个远程厂商控制代理程序服务器，每个所述本地控制代理程序服务器连接有一个或多个被控设备，每个被控设备常驻有一个简单缺省控制代理程序作为基础的控制程序，每个控制设备在与所述本地控制代理程序服务器在线状态下，由与之对应的仲裁程序决定从本地控制代理程序服务器或远方厂家控制代理程序服务器上选择哪些控制代理程序组成该设备的控制程序并传送到被控设备上，当控制设备在与所述本地控制代理程序服务器处于非在线状态下，由所述被控设备常驻的缺省控制代理程序作为控制程序。

按照本发明提供的系统，其特征在于，所述多个被控设备通过有线、无线方式与所述本地控制代理程序服务器连接。

按照本发明提供的系统，其特征在于，所述仲裁程序设置在所述控制代理程序服务器上。

按照本发明提供的系统，其特征在于，所述仲裁程序设置在所述被控设备控制器上。

实施本发明提供的基于控制代理程序的智能集散式控制方法和系统，将代理程序技术作为智能化设备控制的有效方法和工具，可以充分地满足任何设备、任何用户、任何环境下对系统设备独到的功能和性能上的要求，而且与传统技术实现相比，成本大大降低而灵活性则大大改善。本发明的基于控制代理程序的技术在降低用户成本的同时，也为制造商提供了减少售后服务成本和从事新的商务的机会，而且这种“当地简单，远程复杂”的智能控制方法，可能影响未来用于智能设备的专用芯片的设计，同时借助于网络技术，可模块化控制代理程序能够支持更智能、更个性、更动态的控制目标的实现。

结合附图和实施例，进一步说明本发明的基于控制代理程序的智能集散式控制方法和系统的特点，附图中：

图1是基于控制代理程序的智能集散式控制方法的原理示意图。

图2是基于控制代理程序的智能集散式控制系统的结构示意图。

在图1的本发明的控制方法中，将传统的一体化设备控制算法1分解成控制代理程序集合，存放在通过网络3连接的远程厂商控制代理程序服务器或(和)本地控制代理程序服务器4中，任何一个设备5的控制程序由仲裁程序2决定在执行用哪些控制代理程序6，在非在线状态，执行缺省代理程序7。所述仲裁程序2可以设在设备控制器中，也可设在本地控制代理程序服务器上。

首先，考虑到有许多被控设备均带有自己的控制系统，因此工业过程控制中所采用的集散式控制系统(Distributed Control Systems，DCS)的结构非常适合于家电设备的“集中”管理与“分散”控制。因此，本发明的方法采用工业用的DCS的结构思想，但对其功能进行简化，并通过由HOP(家庭操作平台)的微内核和微GUI窗口组成的支持系统来实现本发明的方法及各种功能。

其次，本发明将基于移动代理程序(Mobile Agents)技术的控制方式引入传统的DCS控制方式中，从而减少算法的复杂性以及对内存空间的要求。在传统的DCS中，一个设备的控制算法是整体不可分的，因为要处理许多不同情况，所以一般比较复杂，而且对内存的要求也高。但这对工业工程设备来说不是太大的问题，因为它们一般有足够的内存。对于家电设备，由于成本的限制，大内存的要求将成为问题。采用控制代理程序技术，可以将整个控制算法分解成针对不同情况的控制代理程序。每个代理程序的任务简单明确，控制动作直接与传感器的信号相关，因此所需要的内存空间非常小。而且，只有当需要一个代理程序时，才把它传送到被控制的设备上，因此，可以降低对设备内存的要求。

第三，将一个整体的控制算法分解成许多控制代理程序的集合之后，第一个问题就是在任何给定的时刻，应选择哪个代理程序来执行控制任务。类似于操作系统的调度员选择占用CPU的工作进程，这里我们设立一个仲裁程序(Arbitrator)来裁决哪一个控制代理程序应该执行控制任务。一般来说，不同设备有不同的仲裁程序。仲裁程序通过模糊神经元网络控制算法，利用隶属函数来构造一个统一的仲裁算法。在任何情况下，仲裁算法应该满足，仲裁程序加上最大控制代理程序的总空间应当小于原来整个控制系统算法的空间，否则分解的意义不大(除非将仲裁程序移出设备的内嵌控制器)。

第四，本发明基于控制代理程序的集散控制的优势只能在网络环境下实现。可以将每个设备的控制代理程序存放在包括本地控制代理程序服务器的家庭综合服务器上，只有当一个控制代理程序被仲裁选中后，它才通过本地网络传送到设备控制器。为了保证在网络不工作时设备仍被有效地控制，每个设备都应该有一个常驻的简单缺省代理程序(Default Agent)，只要网络不通，缺省代理程序就取而代之，成为执行控制的代理程序。当然，对一些设备来讲，它们也可以选择当前执行任务的代理程序作为缺省代理程序。

第五，根据不同设备对于实时性的不同要求，仲裁程序可位于设备内嵌控制器上或者是位于网络另一端的集散控制系统上。位于设备内嵌控制器上的优点是实时性好，减少网络交通，但占设备内存多；位于集散控制系统上的好处是减少设备对内存的要求，便于仲裁程序的统一管理与升级，但也加大了网络的负载。采用控制代理程序方法后，控制代理程序的优化和升级工作可以在综合家庭服务器或通过因特网在远程的厂商控制中心完成。因为优化过程往往比较复杂，而且需要较长的时间，这样设备就不会为实现其控制的季节化、区域化和个性化而对硬件提出更高的要求，从而为实现低成本智能家电设备创造了条件。

如图2所示，在示出的按照本发明的基于控制代理程序技术的智能集散控制系统的结构中，它主要包括四个部分，即远程控制服务中心101、家庭集散控制系统104、设备控制器106和个人Web查询控制器102，其中，远程控制服务中心101、家庭集散控制系统104和个人Web查询控制器102分别与INTERNET广域网103连接，家庭集散控制系统104、多个设备控制器106分别与家庭局域网105连接。每个家庭设备105包括常驻的缺省代理程序108和从家庭综合服务器104下载执行的代理程序107，家庭综合服务器104包括代理和仲裁程序库109和设备驱动器接口110，每个远端厂家服务器101包括用户信息库111和控制代理程序库112。对其中主要部分逐一说明如下：

1.远程厂家控制代理程序服务器：可由设备制造商或第三方服务商提供。主要的任务是针对其设备提供各类控制代理程序和仲裁程序以及安装，诊断和维修代理程序算法。这些代理程序可应用户的要求随时下载。同时，远程中心通过广域网(如Internet)获取特定用户的控制组态和其他有关信息，以及控制代理程序执行任务时的反馈数据。利用这些信息，远程中心可以对特定用户的特定代理程序进行参数或结构方面的优化处理，从而提高控制性能，取得个性化、区域化和季节化的效果。当然，远程中心还可以利用客户信息和相关的设备从事针对性很强的其它有附加值的服务。

2.家庭集散控制系统：它是家庭综合服务器的有机部分。主要负责对家庭内各类设备进行集中管理和分散控制。该系统保存已有家用设备的相关控制代理程序和仲裁程序，通过家庭局域网和设备驱动器接口将执行控制代理程序不断传送到相关的设备控制器上，执行控制任务。当加入新设备而家庭集散控制系统又没有相应的控制代理程序时，它将自动地同相关的远程控制服务中心建立联系，下载控制代理程序。同时，集散控制系统的图形组态功能为用户进行不同设备关连控制提供方便。

3.设备控制器：传统家电设备控制器都采用简单内嵌芯片，不具有网络功能，不能满足本发明应用。在实施本发明提出的基于代理程序的智能控制，设备的内嵌控制器必须具有网络通信能力和可多次重写内存设置，如简单的RS232和Flash内存或EEPROM。可重写内存主要用来存储执行代理程序和其他需要重新设置的系统参数。另外，缺省代理程序必须常驻在设备的控制器中。在多数情况下，设备的仲裁程序也应该常驻于控制器中(但可重写)。由于本项目不涉及设备的控制器，在此假设控制仲裁程序位于家庭集散控制系统里。

4.Web查询和控制器：建置个人Web查询和控制器的目的是使用户可以在任何联网的地方(无线或有线)对家中的设备状况进行查询，并根据情况作简单的控制。由于安全的原因，利用Web查询和控制器能进行的控制必须是有限的。Web查询和控制器实际是家庭综合服务器上家庭网页的一部分。

本发明基于代理程序技术的智能集散控制系统的主要优点体现在它的功能、成本和服务上：例如，通过设计不同的控制代理程序，可以确保设备的高性能和智能化。当然，这种高性能和智能化只有在网络工作的情况下才能实现。一旦网络出现故障，缺省代理程序将取而代之。因为缺省代理程序比较简单，此时设备的性能将退化到常规设备的性能，智能化可能完全丧失。但这样却保证了对设备在没有网络情况下能够有效地工作。因此提高了低成本智能控制系统的工作可靠性；代理程序方法的另一个优点是可以在低成本，甚至是降低成本的情况下实现高性能和智能化。在多数情况下，控制代理程序可以通过简单查表方式(TableLookup)实现，因此对微处理器的要求不高，甚至低于目前家电设备对微处理器的要求。而且，由于设备最多同时存二个代理程序(执行代理程序和缺省代理程序)，所以对内存的要求也不高。在这种情况下，智能型家电设备的用户成本将大大下降，一旦家庭网络成为现实，其使用就可以得到广泛普及。采用这种方法，设备智能化的成本，一部分转移到家庭综合服务器上，一部分转移到远程的设备制造商(或第三方服务商)的控制服务中心。用户只须负担家庭综合服务器的费用，但由于综合服务器可以提供多种信息和其他服务，并且可以取代家庭计算机的功能，所以用户很容易接受，因此，智能化的这一部分成本是可以不计的。同样，制造商的成本也可以不计。因为一个远程中心可以为很多用户服务，而且利用这种远程中心还可以进行其他附加值很高的服务，获取利润。本发明的这种基于代理程序技术的智能集散控制方法也为设备制造商从事各类服务提供了便利。首先是设备的安装和维修诊断等各类售后服务可以通过因特网远程进行。厂商可以随时获取其设备的分布和使用情况的信息，在提高售后服务质量的同时，降低其成本。其次，设备的性能和智能化程度可随着对控制代理程序(以及安装代理程序、诊断代理程序和维修代理程序)程序的不断改进而提高。利用网络通讯和代理程序的工作机制，性能的提高可以在不中断用户对设备的使用的情况下而连续地进行。这与目前对设备的更新换代的方式根本不同，使设备制造商逐步向制造与服务相结合的方向发展。更进一步看，由于此时制造商掌握用户的许多信息，又有远程可控设备置于用户家中，因此可以从事许多其他有高附加值的服务业务，比如从事网络广告、产品培训、远程教育等等。

Claims

1、一种基于控制代理程序的集散控制方法，其特征在于，包括以下步骤：将被控设备的控制算法分解成多个控制代理程序的集合，将之集中存储在远程或(和)本地控制代理程序服务器中，在被控设备的控制器中常驻有该设备的简单缺省控制代理程序，所述被控设备在线运行时由对应的仲裁程序决定选择控制代理程序算法并将之送到该设备控制器上，否则，所述被控设备将运行当前控制代理程序或简单缺省代理程序。

2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，还将部分控制代理程序集合存放在远方厂商控制代理程序服务器上，当所述仲裁程序决定最佳控制代理程序不包含在所述本地控制代理程序服务器上时，则通过网络连接，访问所述远方厂商控制代理程序服务器并下载其中的控制代理程序，添加到所述本地控制代理程序服务器上。

3、根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括以下步骤：检测被控设备是否与本地控制代理程序服务器连接，如果处于连接状态，则从所述代理程序服务器下载由仲裁程序确定的控制代理程序到所述设备的可重写存储器中。

4、根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括以下步骤：检测被控设备是否与本地控制代理程序服务器连接，如果处于非连接状态，则将预存在所述设备中的简单缺省控制代理程序作为运行程序。

5、根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述仲裁程序设置在控制代理程序服务器中。

6、根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述仲裁程序设置在所述设备控制器上。

7、一种基于控制代理程序的集散控制系统，其特征在于，包括通过远程网连接的多个本地控制代理程序服务器以及一个或多个远程厂商控制代理程序服务器，每个所述本地控制代理程序服务器连接有一个或多个被控设备，每个被控设备常驻有一个简单缺省控制代理程序作为基础的控制程序，每个控制设备在与所述本地控制代理程序服务器在线状态下，由与之对应的仲裁程序决定从本地控制代理程序服务器或远方厂家控制代理程序服务器上选择哪些控制代理程序组成该设备的控制程序并传送到被控设备上，当控制设备在与所述本地控制代理程序服务器处于非在线状态下，由所述被控设备常驻的缺省控制代理程序作为控制程序。

8、根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述多个被控设备通过有线、无线方式与所述本地控制代理程序服务器连接。

9、根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述仲裁程序设置在所述控制代理程序服务器上。

10、根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述仲裁程序设置在所述被控设备控制器上。