19、分布式基于观测器的控制解析

分布式基于观测器的控制解析

1 系统运行机制与通信影响概述

在控制系统中，控制器需接收传感器测量值后才会计算新的控制指令，而执行器会持续使用旧指令直至新指令到来。系统运行方式分为事件驱动和时钟驱动。事件驱动指节点在事件发生时启动活动，例如通过数据网络从其他节点接收信息；时钟驱动则是节点在预先指定的时间启动活动，如周期性运行。

接下来，我们将详细探讨系统组件通过共享网络进行通信所产生的影响，并逐一深入分析。

2 诱导延迟

共享网络通信会在分布式网络化控制系统（DecNCS）的各个部分引发时间延迟。这些延迟不容忽视，尤其是当受控对象的时间常数较短且模型阶数较高时，它们可能会影响网络服务质量（QoS）并降低控制性能。

2.1 延迟分类

从数据传输方向来看，延迟可分为传感器到控制器的延迟（$\tau_{sc}$）、控制器的计算延迟（$\tau_{c}$）以及控制器到执行器的延迟（$\tau_{ca}$）。也可分为设备延迟和网络延迟，其中设备延迟又可细分为多种子类型。影响网络时间延迟的因素众多，如网络负载、网络调度、网络带宽、消息大小和消息优先级等。

对于离散时间系统，我们用$\tau_{sc}^k$、$\tau_{c}^k$、$\tau_{ca}^k$表示特定时刻$k$的延迟。由于控制器的计算延迟非常小，可忽略不计或作为$\tau_{ca}$延迟的一部分。因此，一个数据包的往返时间（$\tau_{rt}^k$）可表示为：
$\tau_{rt}^k = \tau_{sc}^k + \tau_{ca}^k$ (4.5)

2.2 延迟计算

$\tau_{