4.30 网络化控制技术

随着智能制造工业时代的到来以及信息技术的迅猛发展，以物联网、云计算、大数据、互联网 +为代表的技术革命正在推动着人类社会由信息化向智能化迈进。现代化的工业工程和先进制造所针对的控制系统规模的日益扩大，现代控制系统也由原来简单的单一系统向复杂的网络化系统发展。网络控 制 系 统 (NCSs，Networked Control Systems)是通过一个实时网络将传感器、控制器和执行器连接起来构成的一种完全分布式的闭环反馈控制系统[1] ，一个简单的 NCSs 结构图如图 1 所示。
与传统的点对点控制系统相比，NCSs 具有结构灵活、可靠性高、布线简单、易于扩展、易于安装和维护、易于故障诊断、降低系统成本，并能有效实现信息资源的共享等优点[2] 。因此，近年来，NCSs 在工业界得到越来越多的关注，已在工业自动化、电力系统、环境监测、远程医疗、航空航天等领域得到了广泛的应用。

NCSs 在通过网络进行系统信息的传输给控制系统带来各种优点的同时，由于受到通讯网络有限信道带宽等因素的限制，无线节点过多、信息传输过于频繁或者传输的数据量过大都可能增大网络冲突的概率，从而使得信息在网络传输过程中不可避免地产生了一些问题，如网络诱导时滞、数据丢包、网络拥塞、量化误差、信息量化、节点传输受限等[2-3] 。这些问题会导致控制系统性能下降，甚至使系统不稳定和崩溃。而在传统的控制系统中，信息是点对点连线中进行传输，往往做了诸多理想化的假设，上述涉及的各种问题是不存在的。因此，传统控制理论、技术和算法已经越来越不再适用于网络化控制系统新特点，需要对已有的控制方法和策略进行重新评估和改进，才能使其更好地应用于NCSs 的研究。这使得 NCSs 成为当前学术和工业界研究的热点问题之一，很多学者在此领域取得了丰富的成果[4-20] ，然而至今还有很多复杂的基本问题尚待解决。