网络控制系统的概念_网络控制系统分析与控制_网络控制系统与应用

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1、网络控制系统的概念_网络控制系统分析与控制_网络控制系统与应用　　　　网络技术的广泛应用,对控制系统的理论和应用都提出了新的挑战,同时也带来了崭新的研究机遇和发展空间。网络控制是在这种氛围下发展起来的。与常规的控制技术相比，网络控制不论是在理论上还是在应用上，都有其自身的特点，例如数据传输时间的非定常性、数据传输的非完整性、非有序性、非确定性等等。这些特点给控制及相关学科领域的学者带来了新的课题，需要进一步研究和探讨。　　⑴网络控制特点　　网络控制系统通常具备下述特点　　①非定常性。数据到达的时刻不再是定常和有规则的,更不能再用简单的采样时间来刻画。　　②非完整性

2、。由于数据在传输中可能发生丢失和出错，数据不再是完整的，当然数字控制中也可能有类似的现象，但在网络控制中发生的可能性要大得多。　　③非有序性。由于网络传输时间的不确定，先产生的数据可能迟于后产生的数据到达远程控制系统。因此,数据到达的次序可能不再遵守原有的时间顺序。　　④非确定性。由于数据到达的随机性，整个控制过程已不再是一个确定性的系统,而是一个随机系统。　　对这样一类系统，需要用现有的控制理论成果，如时延控制、鲁棒控制、自适应控制等等，或者引入新的方法去研究其稳定性、可控性、可观性、鲁棒性等系统特性，以及相关算法的收敛性、收敛区域、收敛速度等等。　　　　⑵网络

3、控制结构　　根据系统构成，网络控制系统通常具备如图1所示的结构或图2所示的结构。其非定常性、非完整性、非有序性和非确定性体现在反馈传输和决策传输两个环节中。　　　　　　　　　　图1网络控制系统结构图一　　　　　　　　　　图2网络控制系统结构图二　　在图1所示的网络控制系统结构中，远程遥控制器直接与广义受控对象相连。这种结构中有如下情形发生　　①当网络传输的延时远小于系统的时间常数时，基于网络的直接控制系统可以看作是一个由网络数据传输而造成的纯延时系统；　　②当网络传输的延时远大于系统的时间常数时，基于网络的直接控制系统将不稳定，无法实现控制目的；　　③当网络传输的

4、延时与系统的时间常数相差不多时。基于网络的直接控制系统的行为将变的不确定并较为复杂。　　在这种网络控制系统结构中，基本设计思想应当是“当地简单，远程复杂”。其优点就是较高的性能价格比，即在实现智能化的前提下，做到当地系统的低成本。当地系统是通过网络来支撑的。然而，一旦网络出现故障,当地受控系统就变成“傻瓜”式“低性能”系统，濒于瘫痪状态。其次，反馈信息一旦传到远程决策系统，它就可以利用其丰富的计算资源对这些信息进行各种有效和复杂的分析，也就是反馈补偿。比如对反馈进行插值、预估，以及构造各类的观测器对延时进行补偿。既可以采用传统的算法，也可以使用新的各类计算智能算法

5、，如神经元网络和遗传算法等。在“远程复杂”原则之下，可以解决许多由于资源(比如存贮空间和计算能力等)和实时限制的经济性或技术性控制难题。当然，对于当地系统如果需要也可以进行类似的控制补偿或决策补偿。　　在图2所示的网络控制结构中，增加了本地控制器。本地控制器主要解决控制系统的镇定问题，即维持系统的稳定性，同时和远程控制器协同对受控对象进行控制。　　目前，基于Internet（广域网）的控制只是处于起步阶段。其中，第一种结构的网络控制问题在理论和技术上远没有得到解决。第二种结构已经有人开始研究，并得到了初步研究成果。当然，不局限于上面提到的两种结构形式，实际上网络控

6、制结构会随着要求的不同而出现各种各样的形式。　　⑶网络控制应用问题　　鉴于Internet网络可以互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源的强大的信息交换、资源管理和协同作业等功能，基于Internet网络的控制在控制领域的应用中有着如下优势：　　①能够远程遥监测、控制被控对象的特性和行为；　　②能使世界各地的专家足不出户、协同作业对被控对象进行控制；　　③从商业角度来说，由于员工的地理可分散性，大大提高了企业或公司的经营效率，从而降低了企业或公司的经营成本。　　在网络控制应用中，首先要面对的是①如何解决网络不确定性时延问题；②如何设计网络化的人机界面；③如何

7、分配多用户之间的关系；④网络安全问题。　　对于这些问题需要从几个方面考虑，分别为：明确系统性能指标；设计网络用户界面；解决网络延时控制问题；多用户之间的协调登陆问题；网络安全性能检查。下面分别加以简要介绍。　　①明确系统性能指标　　在网络控制中，提出明确的系统性能指标是非常重要的。因为不同的系统性能指标会导致不同的网络控制结构。这些系统性能指标要包括远程监督问题和系统控制目标。其中所提出的控制目标必须是在现有的技术条件下能够实现的。　　②网络用户界面设计　　通常，用户界面至少包含两个窗口：一个是过程监督窗口，另一个是过程控制窗口。当前过程的工作状态、受控对象的当前

8、数据信息及