2、网络控制系统：原理、挑战与解决方案

网络控制系统：原理、挑战与解决方案

1 网络控制系统简介

在过去十年里，计算、通信和控制领域的理论与应用研究取得了显著进展。控制系统从模拟控制（第一代）迈向数字控制（第二代），无线通信也因可移动性而更受青睐。近年来，强化学习被引入复杂控制系统设计，而通信网络与现代控制系统结合，形成了网络反馈控制系统，即网络控制系统（NCS），被视为第三代控制系统。

在 NCS 中，通信数据包承载参考输入、工厂输出和控制输入，通过通信网络在传感器、控制器和执行器等组件间交换。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，同时提高了系统灵活性。

1.1 NCS 的应用领域

• 制造业 ：多个设备通过嵌入式传感器从受控工厂采集数据，将数据打包后通过无线网络传输到远程控制器。控制器根据接收到的信息设计合适的控制输入，并通过网络传回相应设备。
• 智能电网 ：传感器向智能电网处理器报告用户需求，处理器决定如何应对，如请求/增加发电或利用存储的能源。基于网络控制的智能电网能更高效地管理电力资源。
• 其他领域 ：NCS 还应用于移动传感器网络、远程手术、互联网触觉协作、自动化高速公路系统和无人机等领域。

1.2 NCS 面临的挑战

尽管 NCS 有诸多优势，但也存在一些挑战：
- 网络诱导延迟 ：设备间交换数据时产生的延迟，可能是恒定或随机的，若设计时未考虑，会降低控制系统性能甚至导致系统不稳定。 <