1、网络控制系统的最优控制：原理、方法与应用

网络控制系统的最优控制：原理、方法与应用

1. 网络控制系统概述

在过去十年里，计算、通信和控制交叉领域的理论与应用研究取得了显著进展。现代反馈控制系统在航空航天工程、汽车技术、国防和工业系统等领域取得了重大成功。反馈控制器的作用是改变系统行为，以达到期望的性能水平。近年来，在反馈回路中引入通信网络，形成了网络控制系统（NCS），这一新颖概念被视为第三代控制系统。

在NCS中，通信数据包携带参考输入、工厂输出和控制输入，通过通信网络在传感器、控制器和执行器等控制系统组件之间进行交换。与传统控制系统相比，NCS减少了系统布线，便于系统诊断和维护，同时提高了系统的灵活性。然而，这种人造系统的复杂性对现有的反馈设计技术提出了严峻挑战。在控制回路中存在通信网络的情况下，系统面临着不确定性和未知环境，对速度和精度的更高性能要求挑战了现代控制的极限。在不完善的通信网络中运行复杂系统，如存在随机延迟、数据包丢失和量化误差等问题，要求控制器具备智能、自适应和学习能力，以应对未知干扰、未建模动态和非结构化不确定性。

2. 网络控制系统面临的挑战

2.1 网络缺陷

• 网络诱导延迟 ：数据包在网络中传输时会产生延迟，这可能导致控制系统的响应滞后，影响系统的稳定性和性能。
• 数据包丢失 ：由于网络拥塞、干扰等原因，数据包可能会丢失，使得控制器无法及时获取准确的信息，从而影响控制效果。

2.2 量化

量化是将连续信号转换为离散信号的过程。在NCS中，量化误差会引入额外的不确定性，影响系统的性能