35、工业系统的分布式控制与滤波：网络与分布式控制架构解析

工业系统的分布式控制与滤波：网络与分布式控制架构解析

1. 工业控制现状与挑战

在当今工业领域，化学过程操作面临着安全、环境可持续性和盈利能力等多方面的要求，因此高度依赖自动化控制系统。传统的过程控制采用专用的点对点有线通信链路，通过少量传感器和执行器将过程变量调节到期望值。这种控制模式虽然取得了一定的成功，但随着技术的发展，将现有的点对点控制网络与廉价且易于安装的网络（有线或无线）执行器或传感器设备进行有效集成，能够显著提升化工生产的效率和性能。

网络通信的引入为控制策略的修改提供了便利，允许通过重新路由信号来调整控制策略，还能在组件故障时自动激活冗余系统，实现对整个工厂的高级监督控制。然而，这种集成也带来了诸多挑战。在网络控制系统中，需要在设计层面仔细处理的关键问题包括：
- 数据丢失 ：由于现场干扰导致的数据丢失。
- 时间延迟 ：网络流量以及额外测量的潜在异构性可能导致的时间延迟。
- 异构测量处理 ：需要处理连续、异步和延迟等不同类型的测量数据。

在控制体系结构方面，将专用的本地控制系统与实时传感器和执行器网络相结合，需要协调多个控制系统，而设计非线性过程的协作分布式控制架构是一项具有挑战性的任务，传统的集中式控制系统设计方法难以应对。

2. 网络控制系统仿真案例

为了研究网络对控制系统的影响，进行了一系列的仿真实验，涉及不同的网络类型（交换以太网和CAN）、数据包丢失率、带宽占用率和数据包大小等因素。

仿真类