网络控制系统研究综述

网络 控 制 系统NCS(networkc ontrolsy stems)最早出现在马里兰大学G.C W alsh的论著中，但未给出明确的定义。文献〔’」认为NCS是指某个区域现场传感器、控制器及执行器和通信网络的集合，用以提供设备之间的数据传输，使该区域内不同地点的用户实现资源共享和协调操作，是一种全分布式、网络化实时反馈系统。文献[21认为NCS是将控制系统的传感器、执行器和控制器等单元通过网络连接起来的分布式控制系统。由网络控制系统的定义可以看出涵盖了两方面的内容:系统节点的分布化和控制回路的网络化。由于 共 享 资源的需求，使得控制系统向扁平化、网络化和分布化的方向发展，典型的网络控制系统如图1所示。与集中式控制相比，网络控制系统主要有[6l,成本低、安装维护简单、系统可靠性高、灵活性高、便于进行故障诊断、远程操作与控制、资源共享等优点。

由于 网 络 的引人，随之而来的信息传输的不确定性问题也出现在控制系统中，对控制系统的分析和设计增加了复杂性，需要对已有的控制方法和规律重新调整才能应用于网络化的控制系统中。这无疑给系统的设计和实施增加了复杂性，对系统的性能产生负面影响，甚至影响系统的稳定性。文献[3,4〕认为，与点对点控制相比，网络给NCS带来的主要问题包括:①时延采样时刻和执行器响应时刻之间出现了不可忽略的滞后;②抖动在某时间间隔内存在的与时间有关的突然的、乱真的变化;③瞬态误差由于控制信号在网络中传输发生丢失或冲突，使数据的延时加剧。

NCS基本分析
1.1 采样速率分析
采样 速 率 取决于数据的产生速率和采样周期间隔，这和网络服务质量QoS(quality of service)有直接的关系。
① 数 据 产生速率
如果 传 感 器产生的数据速率过快，超过IP网络所承诺的带宽，势必造成严重的数据丢失，会影响NCS性能和稳定性[3l。在网络QOS保证体系中，通过采用优先级服务为用户提供低延迟、低抖动、低丢失率和保证带宽的端到端或网络边界到边界的传输服务。因此在部署NCS网络时，需要我们考虑的重点就是网络信息带宽保证。

② 采 样 周期
在 NC S网 络中，采样周期h的确定要兼顾被控对象能够容忍的采样周期的最大值和网络传输的平均时延。如果h太大，会导致被控对象性能低下或不稳定，但如果h太小，将会导致大量的采样数据需要网络传输，导致网络传输的丢包，同样会降低系统性能和稳定性。况且如果EP网络重新传送这些“脏”数据(已经过时的数据被重新送到控制器，称作“脏”数据，对系统会产生比延迟更大的危害[s,6])。 除此之外，由于IP网络总会存在一定延迟时间，如果h小于网络延迟T,即h< r ,NC S的建模将变得非常困难。