求棒棒控制原理

【控制原理】

棒棒（Bang-Bang）控制的原理是把最优控制问题归结为：将状态掘裂斗空间划分为两个区域，一个区域对应于控制变量取正最大值，另一个区域对应于控制变量取负最大值。这两个区域的分界面称为开关面，而决定棒棒控制的具体形式的关键就是决定开关面。棒棒控制形式的最优控制常用于最速控制系统和最省燃料控制系统。在正常判磨情况下，棒棒控制的控制变量由正最大值跃变到负最大值的次数是有限的，只有在跃变瞬时控制变量可取值于限制范围的任何值。但对于某些问题，棒棒控制中至少存在一个时间区间，其中控制变量可取为限制范围的任意值，这类问题称为奇异最优控制问题。对于奇异最优控制问题，仅由极大值原理的条件还不足以确定奇异时间区间内的最优控制*与最优轨线*间的关系即综合控制的形式。

【 Bang-Bang 控制】

所谓 Bang-Bang 控制，实际上是一种时间最优控制，它的控制函数总是取在容许控制的边 界上，或者取最大，或者取最小，仅仅在这两个边界值上进行切换，其作用相当于一个继电 器，所以也是一种位式开关控制。

这种控制方式在某些方面具有比常规 PID 控制较为优越的性能，尤其是对于给定值的提 降及大幅度的扰动作用，效果更显著。源掘在动态质量上不仅体现为过渡时间短这一特点，而且 在超调量等其他指标上也具有一定的改善。在石油、化工等生产过程中，时间最优控制在经 济上具有较大的意义。

一、目的和要求

进程调度是处理机管理的核心内容。本实验要求用高级语言编写模拟进程调度程序，以便加深竖咐理解有关进程控制快、进程队列等概念，并体会和了解优先数算法和时间片轮转算法的具体实施办法。

二、实验内容

1.设计进程控制块PCB的结构，通常应包括如下信息：

进程名、进程优先数（或轮转时间片数）、进程已占用的CPU时带纤模间、进程到完成还需要的时间、进程的状态、当前队列指针等。

2.编写两种调度蠢缓算法程序：

优先数调度算法程序

循环轮转调度算法程序

3.按要求输出结果。

三、提示和说明

分别用两种调度算法对伍个进程进行调度。每个进程可有三种状态；执行状态（RUN）、就绪状态（READY,包括等待状态）和完成状态（FINISH），并假定初始状态为就绪状态。

（一）进程控制块结构如下：

NAME——进程标示符

PRIO/ROUND——进程优先数/进程每次轮转的时间片数（设为常数2）

CPUTIME——进程累计占用CPU的时间片数

NEEDTIME——进程到完成还需要的时间片数

STATE——进程状态

NEXT——链指针

注：

1.为了便于处理，程序中进程的的运行时间以时间片为单位进行计算；

2.各进程的优先数或轮转时间片数，以及进程运行时间片数的初值，均由用户在程序运行时给定。

（二）进程的就绪态和等待态均为链表结构，共有四个指针如下：

RUN——当前运行进程指针

READY——就需队列头指针

TAIL——就需队列尾指针

FINISH——完成队列头指针

（三）程序说明

1. 在优先数算法中，进程优先数的初值设为：

50-NEEDTIME

每执行一次，优先数减1，CPU时间片数加1，进程还需要的时间片数减1。

在轮转法中，采用固定时间片单位（两个时间片为一个单位），进程每轮转一次，CPU时间片数加2，进程还需要的时间片数减2，并退出CPU，排到就绪队列尾，等待下一次调度。

2. 程序的模块结构提示如下：

整个程序可由主程序和如下7个过程组成：

（1）INSERT1——在优先数算法中，将尚未完成的PCB按优先数顺序插入到就绪队列中；

（2）INSERT2——在轮转法中，将执行了一个时间片单位（为2），但尚未完成的进程的PCB，插到就绪队列的队尾；

（3）FIRSTIN——调度就绪队列的第一个进程投入运行；

（4）PRINT——显示每执行一次后所有进程的状态及有关信息。

（5）CREATE——创建新进程，并将它的PCB插入就绪队列；

（6）PRISCH——按优先数算法调度进程；

（7）ROUNDSCH——按时间片轮转法调度进程。

主程序定义PCB结构和其他有关变量。

（四）运行和显示

程序开始运行后，首先提示：请用户选择算法，输入进程名和相应的NEEDTIME值。

每次显示结果均为如下5个字段：

name cputime needtime priority state

注：

1．在state字段中，"R"代表执行态，"W"代表就绪（等待）态，"F"代表完成态。

2．应先显示"R"态的，再显示"W"态的，再显示"F"态的。

3．在"W"态中，以优先数高低或轮转顺序排队；在"F"态中，以完成先后顺序排队。

view plaincopy to clipboardprint?

/*

*** 作系统实验之时间片轮转算法和优先级调度算法

By Visual C++ 6.0

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

typedef struct node

{

char name[20] /*进程的名字*/

int prio/*进程的优先级*/

int round/*分配CPU的时间片*/

int cputime /*CPU执行时间*/

int needtime /*进程执行所需要的时间*/

char state/*进程的状态，W——就绪态，R——执行态，F——完成态*/

int count/*记录执行的次数*/

struct node *next /*链表指针*/

}PCB

PCB *ready=NULL,*run=NULL,*finish=NULL/*定义三个队列，就绪队列，执行队列和完成队列*/

int num

void GetFirst() /*从就绪队列取得第一个节点*/

void Output()/*输出队列信息*/

void InsertPrio(PCB *in) /*创建优先级队列，规定优先数越小，优先级越高*/

void InsertTime(PCB *in) /*时间片队列*/

void InsertFinish(PCB *in) /*时间片队列*/

void PrioCreate() /*优先级输入函数*/

void TimeCreate() /*时间片输入函数*/

void Priority() /*按照优先级调度*/

void RoundRun() /*时间片轮转调度*/

int main(void)

{

char chose

printf("请输入要创建的进程数目:\n")

scanf("%d",&num)

getchar()

printf("输入进程的调度方法：(P/R)\n")

scanf("%c",&chose)

switch(chose)

{

case 'P':

case 'p':

PrioCreate()

Priority()

break

case 'R':

case 'r':

TimeCreate()

RoundRun()

break

default:break

}

Output()

return 0

}

void GetFirst() /*取得第一个就绪队列节点*/

{

run = ready

if(ready!=NULL)

{

run ->state = 'R'

ready = ready ->next

run ->next = NULL

}

}

void Output()/*输出队列信息*/

{

PCB *p

p = ready

printf("进程名\t优先级\t轮数\tcpu时间\t需要时间\t进程状态\t计数器\n")

while(p!=NULL)

{

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count)

p = p->next

}

p = finish

while(p!=NULL)

{

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count)

p = p->next

}

p = run

while(p!=NULL)

{

printf("%s\t%d\t%d\t%d\t%d\t\t%c\t\t%d\n",p->name,p->prio,p->round,p->cputime,p->needtime,p->state,p->count)

p = p->next

}

}

void InsertPrio(PCB *in) /*创建优先级队列，规定优先数越小，优先级越低*/

{

PCB *fst,*nxt

fst = nxt = ready

if(ready == NULL) /*如果队列为空，则为第一个元素*/

{

in->next = ready

ready = in

}

else /*查到合适的位置进行插入*/

{

if(in ->prio >= fst ->prio) /*比第一个还要大，则插入到队头*/

{

in->next = ready

ready = in

}

else

{

while(fst->next != NULL) /*移动指针查找第一个别它小的元素的位置进行插入*/

{

nxt = fst

fst = fst->next

}

if(fst ->next == NULL) /*已经搜索到队尾，则其优先级数最小，将其插入到队尾即可*/

{

in ->next = fst ->next

fst ->next = in

}

else /*插入到队列中*/

{

nxt = in

in ->next = fst

}

}

}

}

void InsertTime(PCB *in) /*将进程插入到就绪队列尾部*/

{

PCB *fst

fst = ready

if(ready == NULL)

{

in->next = ready

ready = in

}

else

{

while(fst->next != NULL)

{

fst = fst->next

}

in ->next = fst ->next

fst ->next = in

}

}

void InsertFinish(PCB *in) /*将进程插入到完成队列尾部*/

{

PCB *fst

fst = finish

if(finish == NULL)

{

in->next = finish

finish = in

}

else

{

while(fst->next != NULL)

{

fst = fst->next

}

in ->next = fst ->next

fst ->next = in

}

}

void PrioCreate() /*优先级调度输入函数*/

{

PCB *tmp

int i

printf("输入进程名字和进程所需时间：\n")

for(i = 0i <numi++)

{

if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)

{

perror("malloc")

exit(1)

}

scanf("%s",tmp->name)

getchar() /*吸收回车符号*/

scanf("%d",&(tmp->needtime))

tmp ->cputime = 0

tmp ->state ='W'

tmp ->prio = 50 - tmp->needtime /*设置其优先级，需要的时间越多，优先级越低*/

tmp ->round = 0

tmp ->count = 0

InsertPrio(tmp) /*按照优先级从高到低，插入到就绪队列*/

}

}

void TimeCreate() /*时间片输入函数*/

{

PCB *tmp

int i

printf("输入进程名字和进程时间片所需时间：\n")

for(i = 0i <numi++)

{

if((tmp = (PCB *)malloc(sizeof(PCB)))==NULL)

{

perror("malloc")

exit(1)

}

scanf("%s",tmp->name)

getchar()

scanf("%d",&(tmp->needtime))

tmp ->cputime = 0

tmp ->state ='W'

tmp ->prio = 0

tmp ->round = 2 /*假设每个进程所分配的时间片是2*/

tmp ->count = 0

InsertTime(tmp)

}

}

void Priority() /*按照优先级调度，每次执行一个时间片*/

{

int flag = 1

GetFirst()

while(run != NULL) /*当就绪队列不为空时，则调度进程如执行队列执行*/

{

Output() /*输出每次调度过程中各个节点的状态*/

while(flag)

{

run->prio -= 3/*优先级减去三*/

run->cputime++/*CPU时间片加一*/

run->needtime--/*进程执行完成的剩余时间减一*/

if(run->needtime == 0)/*如果进程执行完毕，将进程状态置为F，将其插入到完成队列*/

{

run ->state = 'F'

run->count++/*进程执行的次数加一*/

InsertFinish(run)

flag = 0

}

else /*将进程状态置为W，入就绪队列*/

{

run->state = 'W'

run->count++/*进程执行的次数加一*/

InsertTime(run)

flag = 0

}

}

flag = 1

GetFirst() /*继续取就绪队列队头进程进入执行队列*/

}

}

void RoundRun()/*时间片轮转调度算法*/

{

int flag = 1

GetFirst()

while(run != NULL)

{

Output()

while(flag)

{

run->count++

run->cputime++

run->needtime--

if(run->needtime == 0) /*进程执行完毕*/

{

run ->state = 'F'

InsertFinish(run)

flag = 0

}

else if(run->count == run->round)/*时间片用完*/

{

run->state = 'W'

run->count = 0 /*计数器清零，为下次做准备*/

InsertTime(run)

flag = 0

}

}

flag = 1

GetFirst()

}

单片机控制植树的原理一般包括以下几个步骤：

1. 信号采集：使用传感器等硬件设备实时检测环境数据，如空气湿度、土壤湿度、温度、光照等环境参数。

2. 环境数据处理：将采集到的环境数据通过模数转换（ADC）等方式转换成数字量，并通过单片机芯片上的模拟/数字转换接口进行数字信号采集。

3. 控制算法编程：编写相应的控制算法程序，将环境数据和任务要求作为输入，输出对树苗的详细 *** 作指令。

4. *** 作执行：根据控制算法程序向下位机或对应的执行机构发送指令，控制树苗种植深度、浇水频率、施肥量等相关 *** 作。

5. 反馈更新：通过传感器等硬件设备不断监测和采集环境数据，将当前环境信息与之前的基准比较来调整种植 *** 作。

总之，单片机控制植树需要通过硬件设备对环境进行实时检测与数据磨芹收集，然山谈后通过控制算法对 *** 作指令进行产生和执行，对树苗施行瞎唯毕科学的种植、管理和保护，从而实现全过程自动化管理，提高种植效率、生长速度以及植树质量。

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