網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線論文

1、控制網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線摘要：隨著計算機、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，21世紀世界最重大的變化是全球市場的逐漸形成從而導(dǎo)致競爭空前加劇，產(chǎn)品技術(shù)含量高、更新?lián)Q代加快。在計算機自動控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天，特別是現(xiàn)場總線已經(jīng)普遍地滲透到自動控制的各個領(lǐng)域，對控制網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展起到極大的推動作用。本文介紹了控制網(wǎng)絡(luò)的作用、特點與現(xiàn)場總線的關(guān)系，重點介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，包括其發(fā)展、研究現(xiàn)狀、特點、存在的基本問題并介紹了一種時延補償算法，并對其發(fā)展前景做了預(yù)測。關(guān)鍵詞：控制網(wǎng)絡(luò); 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng); 現(xiàn)場總線The Control Network, the Network Control

2、 System and the Field busAbstract: With the rapid development of computer and information technology, the world in the 21st century is the most significant change of global market competition gradually formed resulting in an unprecedented increase, product technology content high, upgrade to speed u

3、p.Today, with the rapid development of modern computer automatic control system, especially the field bus has been widely permeated various fields of automatic control, the development of control network, the network control system plays a great role in promoting.This paper introduces the function a

4、nd characteristics of control network and the relationship between the field bus, mainly introduces the related contents of network control system, including its development, the basic problems of the research status quo, characteristics, and introduces a time delay compensation algorithm, and the p

5、rospects of the development has made the forecast.Key words: the control network; the network control system; the field bus一 控制網(wǎng)絡(luò)1.1 什么是控制網(wǎng)絡(luò)由多個分散在生產(chǎn)現(xiàn)場、具有數(shù)字通信能力的測量控制儀表作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點而形成的網(wǎng)絡(luò)以現(xiàn)場總線作為通信連接的紐帶完成測量控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)1。1.2 控制網(wǎng)絡(luò)的作用控制網(wǎng)絡(luò)的在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有著不可替代的作用Ø 控制網(wǎng)絡(luò)要將現(xiàn)場運行的各種信息傳送到遠離現(xiàn)場的控制室，在把生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)、狀態(tài)、以及故障

6、與報警信息等送往控制室同時，又將各種控制、維護、組態(tài)命令，等送往位于現(xiàn)場的測量控制現(xiàn)場設(shè)備2。Ø 在現(xiàn)場級控制設(shè)備之間起著數(shù)據(jù)聯(lián)系與信息溝通作用。Ø 實現(xiàn)與操作終端、上層管理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連接和信息共享。1.3 控制網(wǎng)絡(luò)的特點Ø 控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量相對較小，傳輸速率相對較低，多為短幀傳送。Ø 要求通信傳輸?shù)膶崟r性強，可靠性高。Ø 影響控制網(wǎng)絡(luò)性能的因素：網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)的種類與特性，介質(zhì)訪問控制方式、信號傳輸方式、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)管理等。工作環(huán)境：控制網(wǎng)絡(luò)要面臨工業(yè)生產(chǎn)的強電磁干擾，各種機械振動、噪聲、粉塵、嚴寒酷暑的野外工作環(huán)境。要求控制網(wǎng)絡(luò)

7、能適應(yīng)這種惡劣工作環(huán)境3。控制網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔?nèi)容： 生產(chǎn)裝置運行參數(shù)的測量值、控制量、開關(guān)閥門的工作位置、報警狀態(tài)、系統(tǒng)配置組態(tài)、參數(shù)修改、零點量程調(diào)校信息、設(shè)備資源與維護信息等。1.4 控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線：現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場控制設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與監(jiān)控裝置之間進行雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信4?？刂凭W(wǎng)絡(luò)： 由多個分散在生產(chǎn)現(xiàn)場、具有數(shù)字通信能力的測量控制儀表作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點而形成的網(wǎng)絡(luò) 以現(xiàn)場總線作為通信連接的紐帶 完成測量控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)由具備通信能力的測量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接構(gòu)成的能相互溝通信息，共同完成測控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).如圖1-1所示：圖1-1

8、現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)二網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)2.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述2.1.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的定義通過網(wǎng)絡(luò)形成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS），即控制系統(tǒng)中的控制器、傳感器和執(zhí)行器通過網(wǎng)絡(luò)來交換控制及傳感等信息5。NCS強調(diào)在通信網(wǎng)絡(luò)上建立閉環(huán)控制回路， 因此NCS 中的網(wǎng)絡(luò)是一個廣義的范疇， 包括現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡(luò)，甚至因特網(wǎng)。NCS 最主要的結(jié)構(gòu)特點是系統(tǒng)的反饋通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)。NCS控制框圖如圖2-1所示：圖2-1 NCS控制框圖2.1.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展在DCS出現(xiàn)之前,早期的計算機控制系統(tǒng)是直接數(shù)字控制(DDC)。所有的傳感器和執(zhí)行器在這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中都是與一

9、臺計算機實行點對點的連接6。20世紀70年代末:集散控制系統(tǒng)(DCS)誕生，計算機控制網(wǎng)絡(luò)首次被引入到控制系統(tǒng)中。但在當時條件有限,對于傳感器和執(zhí)行器而言,只能發(fā)送和接收模擬信號,所以在傳感器與控制器、控制器與執(zhí)行器之間仍采用點對點連接的DDC控制結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場總線技術(shù)的高速發(fā)展和成功應(yīng)用,解決了NCS的可靠性和開放性問題,促使NCS在航空航天設(shè)備制造、過程控制、經(jīng)濟管理、遠程醫(yī)療以及危險、特殊環(huán)境等控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。2.1.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 目前,NCS研究主要有兩大分支:Ø 一個是源于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以提高多媒體信息傳輸和遠程通信服務(wù)質(zhì)量(QoS)為目標。Ø 一個

10、是源于自動控制技術(shù)以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性及其他動態(tài)性能(QoP)為目標7。 前者實現(xiàn)的是對網(wǎng)絡(luò)的控制; 后者實現(xiàn)的是通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)的控制。當前網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在理論上和應(yīng)用中都還處于初步階段,其中多數(shù)方法的研究做了理想化假設(shè)8。而大型工業(yè)生產(chǎn)過程具有多輸入多輸出、多采集頻率、子系統(tǒng)高度禍合等復(fù)雜系統(tǒng)的特點,特別是在對可靠性要求很高的電力、化工、石油等復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中,雖然迫切需要向網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)過渡,但是目前還缺乏系統(tǒng)的理論和成熟的方案。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域具有著廣泛的實際應(yīng)用背景,其智能控制與信息調(diào)度問題是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的一個富有挑戰(zhàn)性的難題,國內(nèi)外控制界在這方面的研究還需要進一步的努力9。 迫切需要

11、從智能控制理論出發(fā),與信息優(yōu)化調(diào)度理論相結(jié)合,建立綜合的理論模型,并由此建立適用的控制方法,從而為復(fù)雜工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實際工程設(shè)計提供有效的分析與研究工具。2.1.4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點（1）結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化： NCS最顯著的特點體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)上，它支持如總線型、星型、樹型等拓撲結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)分層控制系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)相比顯得更加扁平和穩(wěn)定；(2) 節(jié)點智能化：帶有CPU的智能化節(jié)點之間通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息傳輸和功能協(xié)調(diào)，每個節(jié)點都是組成網(wǎng)絡(luò)的一個細胞，且具有各自相對獨立的功能10；(3) 控制現(xiàn)場化和功能分散化：網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)使原先由中央控制器實現(xiàn)的任務(wù)下放到智能化現(xiàn)場設(shè)備上執(zhí)行，使危險得到了分散，從而提

12、高了系統(tǒng)的可靠性和安全性；(4) 系統(tǒng)開放化和產(chǎn)品集成化：NCS的開發(fā)遵循一定標準進行，是一個開放的系統(tǒng)。只要不同廠家根據(jù)統(tǒng)一標準來開發(fā)自己的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品之間便能實現(xiàn)互操作和集成。2.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般,對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)而言,主要存在兩種結(jié)構(gòu):徑直結(jié)構(gòu)和分層結(jié)構(gòu),如圖2-2和2-3所示。控制信號在徑直結(jié)構(gòu)中,被封裝在幀或報文中,再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給被控對象:測量被控對象的傳感器的數(shù)據(jù)也采用同樣的方式,以幀或者數(shù)據(jù)包的形式,由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至控制器。在實際的應(yīng)用中,封裝在一個主控單元的多個控制器可能用作管理多個NCS控制回路11。徑直結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用包括:遠程學習實驗室和直流電機的速度控制等。圖2-2

13、 徑直結(jié)構(gòu)的NCS主控制器在分層結(jié)構(gòu)中,通過網(wǎng)絡(luò)計算將已設(shè)好的參考信號發(fā)送給遠程控制系統(tǒng),遠程系統(tǒng)再依據(jù)參考信號,來執(zhí)行本地的閉環(huán)控制,并將傳感器測量數(shù)據(jù)返回給主控制。一般對網(wǎng)絡(luò)化控制回路而言,具有較本地控制回路更長的采樣周期。這是因為,在遠程控制器處理最新的參考信號之前,假定已經(jīng)滿足了參考信號12。與徑直結(jié)構(gòu)相同的是:在分層結(jié)構(gòu)中,封裝在一個控制單元中的多個控制器可能用作管理多個NCS控制回路。這種分層結(jié)構(gòu)典型在應(yīng)用在移動機器人、遙操作系統(tǒng)、汽車控制和航天器等領(lǐng)域。圖2-3 分層結(jié)構(gòu)的NCS實際上,往往有應(yīng)用的需求和設(shè)計者的方案來決定采用何種結(jié)構(gòu)。例如:在機器人應(yīng)用中,對機械手來說,往往要求

14、多個電機在其關(guān)節(jié)處作用,同時達到平滑的旋轉(zhuǎn)。對于這種情況,分層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將更為方便快捷,系統(tǒng)的魯棒性也更強。而在直流電機的網(wǎng)絡(luò)控制中,由于對系統(tǒng)的性能要有快速應(yīng)變性,這種情況下,采用徑直結(jié)構(gòu)就更為方便13。在一個大規(guī)模的NCS中,由NCS的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所決定,可能需要同時采用兩種網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)。在將遠程閉環(huán)控制系統(tǒng)看作為主控制器的被控對象的情況下,將其建模轉(zhuǎn)為狀態(tài)空間或傳遞函數(shù),那么實際上,可以將分層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成徑直結(jié)構(gòu)。無論是采用何種網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu),對NCS而言,均可采用一種典型的基本結(jié)構(gòu)來表示，如圖2-4所示：圖2-4 典型NCS結(jié)構(gòu)圖2.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的基本問題NCS是通過網(wǎng)絡(luò)形成的反饋控制

15、系統(tǒng)。該類系統(tǒng)中，被控對象與控制器以及控制器與執(zhí)行器之間是通過共享的通信網(wǎng)絡(luò)相互連接的。這種網(wǎng)絡(luò)化的控制模式具有信息資源共享、連接線數(shù)少、易于擴展、易于維護、高效率、高可靠性及靈活性等優(yōu)點，是未來控制系統(tǒng)的發(fā)展模式。 盡管NCS與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比有許多優(yōu)點，但由于網(wǎng)絡(luò)的介入，通信網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中出現(xiàn)一些不同的特點，因此在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中存在一些不同于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本問題，如節(jié)點的驅(qū)動方式、數(shù)據(jù)采樣、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、單包及多包傳輸、數(shù)據(jù)包的丟失、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度等14。2.3.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的通信及通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中涉及較多的通信及通信協(xié)議，主要包括工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)以及In

16、ternet等相互間的通信協(xié)議。圖2-5 通信媒體類型2.3.2 節(jié)點驅(qū)動方式節(jié)點驅(qū)動方式包括時鐘驅(qū)動和事件驅(qū)動兩種驅(qū)動方式。時鐘驅(qū)動：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在一個事先確定的時間到時開始動作，事先確定的時間為節(jié)點動作的依據(jù)，如節(jié)點的采樣時刻15。優(yōu)點為：實時性強。缺點：設(shè)備多，易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、空采樣、數(shù)據(jù)丟包等現(xiàn)象事件驅(qū)動：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在一個特定的事件發(fā)生時開始動作，如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)從另外一個節(jié)點接受數(shù)據(jù)。（控制器和執(zhí)行器兩者均可）。優(yōu)點：減少等待時間，避免了空采樣、數(shù)據(jù)丟包等現(xiàn)象。缺點：事件驅(qū)動不易實現(xiàn)。2.3.3 多采樣率多采樣率是指控制系統(tǒng)中兩個或兩個以上的采樣器以不同的采樣周期進行采樣。原因：

17、由于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有節(jié)點分散化、控制回路復(fù)雜化和功能多樣化的特點，多個傳感器采用相同的采樣周期進行采樣，已不能滿足系統(tǒng)功能的需求16。2.3.4 網(wǎng)絡(luò)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)調(diào)度是在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)節(jié)點在共享網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)出現(xiàn)碰撞時，規(guī)定節(jié)點的優(yōu)先發(fā)送次序、發(fā)送時刻和時間間隔。目的：盡量避免網(wǎng)絡(luò)中信息沖突和擁塞現(xiàn)象的發(fā)生，從而減少網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和數(shù)據(jù)包丟失，提高網(wǎng)絡(luò)控制性能。2.3.5 數(shù)據(jù)包丟失在控制系統(tǒng)中引入網(wǎng)絡(luò)用于數(shù)據(jù)傳輸后，除了不可避免地帶來時延影響外，數(shù)據(jù)包的丟失（Packet Dropout，或稱數(shù)據(jù)丟包）也可能時常發(fā)生。其原因主要有以下幾點。1） 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點偶爾發(fā)生通信故障。盡管現(xiàn)代芯片技術(shù)取得

18、巨大而長足的進步，但作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的核心，微處理器不可能無時無刻保證能夠正常工作，偶爾會發(fā)生故障；雖然一些保護措施（如軟件狗技術(shù)）能夠使發(fā)生故障的節(jié)點盡快恢復(fù)正常，使系統(tǒng)長期保持較可靠的工作狀態(tài)，但故障不可能完全避免。當節(jié)點故障時，顯然通信任務(wù)會失敗，造成數(shù)據(jù)包丟失17。2） 頻繁的通信沖突。在隨機訪問形式的網(wǎng)絡(luò)中，沖突是無法避免的。發(fā)生沖突后，雖然多數(shù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（如TCP）可以實現(xiàn)沖突-重傳機制，但信息的重傳都設(shè)置了時限，一旦超時則放棄此次通信任務(wù)，導(dǎo)致丟包。3）信道的干擾。網(wǎng)絡(luò)信道是信息傳遞的橋梁，在實際系統(tǒng)中，外界的環(huán)境將不可避免地影響到信道中數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。外界干擾造成物理信號錯位、丟

19、失等，使實際數(shù)據(jù)到達目的節(jié)點后失真18。雖然很多通信協(xié)議中具備失敗-重傳機制，但這種機制也設(shè)置了時限，一旦超時則放棄此次通信任務(wù)，導(dǎo)致丟包。2.3.6 網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延：在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共享網(wǎng)絡(luò)信道。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬有限且網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量變化不規(guī)則，當多個節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)時常常出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞，多路徑傳輸、連接中斷、網(wǎng)絡(luò)擁塞等現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)中的信息源很多，當系統(tǒng)的各個節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時，要分時共享網(wǎng)絡(luò)通信通道。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬有限且網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量變化不規(guī)則，當多個節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)時，常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞、多路徑傳輸、連接中斷、網(wǎng)絡(luò)擁塞等現(xiàn)象，因而不可避免地出現(xiàn)信息交換時間延遲，

20、這種由網(wǎng)絡(luò)引起的時間延遲稱為網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延（Network Induced Delay）。網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延由以下幾部分組成：傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)所花費的時間、傳感器節(jié)點競爭發(fā)送權(quán)等待時間及傳感器數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時間、控制器節(jié)點計算控制量及處理數(shù)據(jù)所花費的時間、控制器節(jié)點競爭發(fā)送權(quán)等待時間及控制量在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時間和執(zhí)行器節(jié)點處理數(shù)據(jù)所花費的時間19。節(jié)點競爭發(fā)送權(quán)等待的時間和數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臅r間稱為網(wǎng)絡(luò)時延，取決于網(wǎng)絡(luò)自身的特點。若多個節(jié)點同時偵聽到網(wǎng)絡(luò)空閑并同時發(fā)送信息時，信息發(fā)生“碰撞”，則網(wǎng)絡(luò)立即停止發(fā)送信息，等待一個隨機長度的時間段后再嘗試重新傳輸信息，時延呈現(xiàn)隨機時變的特性。

21、總之，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可將網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延建模為固定時延、隨機時延和不確定時延。2.4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時延補償算法圖2-9 具有傳輸延時的閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可看出,控制器,執(zhí)行器和傳感器分別處于不同的空間,其間用網(wǎng)絡(luò)相互連接在一起。對于上面具有時間延遲的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),由于時間延遲是變化的,因此要對其進行確定性設(shè)計是很困難的20。作出以下假設(shè):(l)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點都是時鐘同步,這可通過網(wǎng)絡(luò)上定時發(fā)送高級優(yōu)先的同步信號實現(xiàn)；(2)控制器、執(zhí)行器和傳感器都是時鐘驅(qū)動,且具有相同的采樣周期;(3)網(wǎng)絡(luò)中的延時 和 合并為 ；(4)本文只考慮單輸入單輸出模型；2.4.1 算法設(shè)計設(shè)被控過程的模型為y(t)=u

22、(t-k)*y(t-l)R+v( ) （3.1）式(3.1)中y(t)和y(t-l)分別表示在時刻t和(t-l)上被控過程的傳感器器輸出,u(t-k)表示在時刻（t-k）上被控控制器的輸出，v(t)為作用在被控過程上由于時延 造成的不確定量,R為直積u（t-k）*y(t-l)上的模糊關(guān)系21。即(3.2）在式(3.2)中,u為控制器輸出U中的元素,y為傳感器輸出Y中的元素。(i=1,2,:j=1,2,n)是對于u(t一k)第i級,少(t一l)第j級時的y(t)值。在控制器與傳感器的輸出中任何一項均不為零的情況下,模糊關(guān)系R可作如下等價變換,即（3.3）（3.4）在式(3.3)中,設(shè)的方差為有限

23、值,即（3.5）由（3.1），求得（3.6）2.4.2 算法仿真參考圖2-7 不帶補償?shù)捻憫?yīng)曲線圖2-8 帶補償?shù)捻憫?yīng)曲線圖中可以看出, 所用的方法比不用此方法的控制效果要好,減小了系統(tǒng)的超調(diào)量,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間同時也變小了。改善了時延對系統(tǒng)性能的影響,提高了系統(tǒng)的控制精度22。2.5 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的未來研究方向與前景NCS作為一種新的研究課題，從提出至今已經(jīng)取得了一定的成果，但還有許多問題需要進一步研究和解決。 1.NCS以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)的性能直接影響NCS的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)延時、網(wǎng)絡(luò)擁塞、誤碼和丟包等；各種通信協(xié)議沒有統(tǒng)一，與廣泛采用的TCP/IP協(xié)議不兼容，其間需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)換23。 2.作為

24、一種控制系統(tǒng)，控制性能同樣非常重要，現(xiàn)有的NCS模型和控制技術(shù)有其各自的優(yōu)點，但一般只適用于特定的網(wǎng)絡(luò)類型和控制對象。部分方法采用一些理想假設(shè)，在實際應(yīng)用中遇到很多問題。如何實現(xiàn)對基于網(wǎng)絡(luò)的非線性動態(tài)系統(tǒng)建模和控制，分析網(wǎng)絡(luò)時延隨機分布特性對控制系統(tǒng)性能的影響等是今后研究的重點24；總之，無論是從控制策略的設(shè)計還是從網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度來看，NCS的研究還遠遠不夠，理論研究的進展仍然不能與技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和迫切需求相適應(yīng)。針對NCS的特點，進一步探索適合NCS的研究方法和技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)理論研究方向之一。NCS存在的問題為今后控制領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的機遇與挑戰(zhàn)25。NCS是綜合了網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)發(fā)

25、展起來的，因而相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也將是今后研究的重點，如網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、傳輸延遲，網(wǎng)絡(luò)的實時性、安全性、操作性等。三總結(jié)隨著計算機、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，21世紀世界最重大的變化是全球市場的逐漸形成從而導(dǎo)致競爭空前加劇，產(chǎn)品技術(shù)含量高、更新?lián)Q代加快。在計算機自動控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天，特別是現(xiàn)場總線已經(jīng)普遍地滲透到自動控制的各個領(lǐng)域，我們更應(yīng)該相信現(xiàn)場總線的發(fā)展必將對控制網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展起到極大的推動作用。參考文獻1 武金山. 控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線技術(shù)J. 承德職業(yè)學院學報, 2014, 12(2):98-101.2 雷霖. 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)M. 電子工業(yè)出版社, 20

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