2、工业系统的分布式控制与滤波：架构与挑战解析

工业系统的分布式控制与滤波：架构与挑战解析

1. 控制延迟与关键问题

在工业系统中，控制任务的执行可能会因任务抢占和优先级设置而在控制回路中引入非恒定时间延迟（抖动）。每个控制任务包含采样、控制算法和执行三个部分，抖动可能出现在采样和/或执行环节。实时调度会因引入的抖动影响控制系统性能，而控制系统设计会在确定控制任务周期时影响实时调度。因此，需要将控制系统设计与实时调度相结合，以消除抖动影响并满足期望要求。

由此引发了以下几个关键问题：
- 如何为网络系统设计能同时考虑随机延迟和数据包丢失的估计器？
- 如何评估这些估计器的性能？
- 闭环系统何时稳定？在特定实时应用中，如何在大数据包延迟小数据包丢失的通信协议和小数据包延迟大数据包丢失的协议之间做出最佳选择？
- 当考虑互联动态系统时，情况会变得更加复杂，该如何应对？

2. 控制架构概述

为了识别不同控制架构的特点和属性，下面将介绍几种常见的控制架构，包括分散控制、互联系统、准分散控制、分散网络控制、分布式控制、分布式网络控制以及分布式控制与博弈论的关系。

3. 分散控制

在分散控制范式中，工厂被分解为多个相互连接的简单子系统，通常基于单元操作的功能和/或时间尺度差异进行划分。多个本地控制器连接到每个分布式子系统，不同本地控制器之间没有信号传输。

分散控制具有以下优点：
- 降低控制器设计和实现的复杂性。
- 提高处理本地控制器故障的灵活性。
- 减少通信范围要求，降低通信延迟。
- 提高系统冗余性和可靠性。

然而，分散控制也存在一些局限性：