《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第1講-緒論

鄔春學(xué)or上海理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

NetworkedControlTechnology網(wǎng)絡(luò)工程教研室Friday,June28,2024講授方式：分6局部，報(bào)告形式，每次2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配：共27學(xué)時(shí)，1.5學(xué)分其中理論授課約12學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)或?qū)嵙?xí)15學(xué)時(shí)。參考教材：〔1〕關(guān)守平等，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及應(yīng)用，電子工業(yè)出版社〔2〕周洪等，網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及應(yīng)用，中國(guó)電力出版社〔3〕岳東等，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與綜合，科學(xué)出版社結(jié)課方式：〔1〕每人一篇可供發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。分組討論選題，不得雷同！〔2〕中英文均可；〔3〕參考內(nèi)容：與NCS相關(guān)的高速網(wǎng)絡(luò)流量控制、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)或NCS中的各種計(jì)算方法、流媒體傳輸控制、包控制、路由算法、VPN、OverlayNetwork、衛(wèi)星通信、adhoc、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等。第1局部緒論第2局部網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)第3局部實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)第4局部網(wǎng)絡(luò)與控制性能分析第5局部NCS調(diào)度方法第6局部NCS常規(guī)控制器的設(shè)計(jì)2024/6/283《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)2024/6/284一、緒論1.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根本概念1、常規(guī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制器被控對(duì)象+_r(t)e(t)u(t)y(t)執(zhí)行器傳感器圖1〔a〕網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/285圖1〔b〕控制器被控對(duì)象+_r(k)e(k)u(k)y(t)執(zhí)行器傳感器D/AA/Du(t)y(k)計(jì)算機(jī)控制對(duì)象網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/286控制器被控對(duì)象+_r(k)e(k)u(k)y(t)接收器+執(zhí)行器發(fā)送器+傳感器圖2〔a〕輸入通道延遲反響通道延遲接收器：通訊控制器，D/A發(fā)送器：通訊控制器，A/Du(t)y(k)網(wǎng)絡(luò)通道2、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論7r(k)

T執(zhí)行器被控對(duì)象傳感器控制器網(wǎng)絡(luò)通道圖2〔b〕--反響通道時(shí)延--輸入通道時(shí)延網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2883、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)定義通過網(wǎng)絡(luò)形成閉環(huán)的反響控制系統(tǒng)，稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)〔NCS：NetworkedControlSystems〕，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。分布式系統(tǒng)〔DCS〕、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)〔FCS〕、工業(yè)以太網(wǎng)〔Ethernet〕都屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的范疇。NCS表達(dá)了控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化以及節(jié)點(diǎn)智能化的方向開展趨勢(shì)，在工業(yè)控制、運(yùn)動(dòng)體控制、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/289圖3(a)直接結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)4、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)抽象結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2810圖3(b)分層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28115、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化：NCS最顯著的特點(diǎn)表達(dá)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?fù)浣Y(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(diǎn)智能化：帶有CPU的智能化節(jié)點(diǎn)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳輸和功能協(xié)調(diào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是組成網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)細(xì)胞，且具有各自相對(duì)獨(dú)立的功能；(3)控制現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)的任務(wù)下放到智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上執(zhí)行，使危險(xiǎn)得到了分散，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和平安性；(4)系統(tǒng)開放化和產(chǎn)品集成化：NCS的開發(fā)遵循一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，是一個(gè)開放的系統(tǒng)。只要不同廠家根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)自己的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品之間便能實(shí)現(xiàn)互操作和集成。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28126、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)復(fù)雜性(1)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，多用戶共享通信線路且流量變化不規(guī)那么，這必然導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，同時(shí)采用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會(huì)使時(shí)延具有不同的性質(zhì)；(2)傳輸數(shù)據(jù)流經(jīng)眾多的計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備且路徑不唯一，這會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂；(3)在網(wǎng)絡(luò)中由于不可防止地存在網(wǎng)絡(luò)阻塞和連接中斷，這又會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂和數(shù)據(jù)包喪失。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28137、與傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)比較可以實(shí)現(xiàn)資源共享實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制具有高的診斷能力安裝與維護(hù)方便能有效減少系統(tǒng)的重量與體積增加系統(tǒng)的靈活性與可靠性使用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)使用大量廣泛分布的廉價(jià)傳感器與遠(yuǎn)距離的控制器、執(zhí)行器構(gòu)成某些特殊用途的NCS，這是傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)所無法實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28148、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(1)網(wǎng)絡(luò)效勞質(zhì)量〔QoS,QualityofService〕：包括網(wǎng)絡(luò)吞吐量，傳輸效率，誤碼率，時(shí)延可預(yù)測(cè)性和任務(wù)的可調(diào)度性。(2)系統(tǒng)控制性能〔QoP,QualityofPerformance〕：包括穩(wěn)定性，快速性，準(zhǔn)確性，超調(diào)和震蕩等。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28159、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)技術(shù)根底(1)控制技術(shù)：構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能和算法結(jié)構(gòu)，是其內(nèi)在靈魂與核心。(2)計(jì)算機(jī)技術(shù)：各個(gè)節(jié)點(diǎn)和控制功能模塊的實(shí)現(xiàn)方式,它是形成控制網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件根底，是控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的血肉。(3)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)連接了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的各個(gè)組成局部，是系統(tǒng)的連接架構(gòu)，它構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的軀干。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2816網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論17組合式模擬控制系統(tǒng)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)開放嵌入式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)集中式主從式分布式1.2NCS的產(chǎn)生和開展網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2818設(shè)備1檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備2檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備n檢測(cè)/執(zhí)行控制計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)〔DDC〕網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2819設(shè)備1檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備2檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備n檢測(cè)/執(zhí)行CPUCPUCPU上位機(jī)集散控制系統(tǒng)〔DCS〕控制室網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2820設(shè)備1檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備2檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備n檢測(cè)/執(zhí)行上位機(jī)總線控制系統(tǒng)〔FCS〕控制裝置控制裝置控制裝置總線網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2821設(shè)備1檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備2檢測(cè)/執(zhí)行設(shè)備n檢測(cè)/執(zhí)行控制機(jī)2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)1控制機(jī)n網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)〔NCS〕網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.3NCS的應(yīng)用221、基于校園網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)2、溫室控制系統(tǒng)3、數(shù)控車床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)4、遙控操作的機(jī)器人控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論23基于校園網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：客戶機(jī)/效勞器模式?？蛻魴C(jī)校園網(wǎng)效勞器對(duì)象1對(duì)象2對(duì)象n網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2824溫室控制系統(tǒng)溫室控制系統(tǒng)室外氣候站報(bào)警裝置溫度系統(tǒng)補(bǔ)光系統(tǒng)CO2系統(tǒng)灌溉系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)流系統(tǒng)制冷系統(tǒng)加熱系統(tǒng)保溫系統(tǒng)水灌溉肥料灌溉遮蔭網(wǎng)通風(fēng)風(fēng)扇天窗側(cè)窗噴霧對(duì)流系統(tǒng)空氣加熱土壤加熱滴灌噴灌網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2825方案一：基于現(xiàn)場(chǎng)總線LONWORKS網(wǎng)絡(luò)2024/6/2826筆記本電腦方案二：EtherNet加CAN總線網(wǎng)絡(luò)2024/6/2827數(shù)控車床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/2828基于遙控操作的機(jī)器人控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28291.4NCS中的根本問題1、時(shí)變傳輸周期傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)假設(shè)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行等周期采樣，使對(duì)系統(tǒng)分析大大簡(jiǎn)化;NCS中對(duì)采樣數(shù)據(jù)的傳輸可以是周期的，也可以是非周期的。取決于控制網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)存取控制協(xié)議〔MAC:MediumAccessControlprotocol〕。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28302、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指一個(gè)節(jié)點(diǎn)多久可以傳輸一次信息，以及以多高的優(yōu)先級(jí)傳遞信息，發(fā)生在用戶層或傳輸層以上;調(diào)度控制環(huán)的采樣周期和采樣時(shí)刻，以盡量防止網(wǎng)絡(luò)中沖突現(xiàn)象的發(fā)生；至于數(shù)據(jù)如何更有效地從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)目的地以及當(dāng)線路堵塞時(shí)應(yīng)采取何種措施，這些問題在網(wǎng)絡(luò)層由線路優(yōu)化和堵塞算法考慮。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.4NCS中的根本問題2024/6/28313、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延在NCS中由于信道競(jìng)爭(zhēng)、物理信號(hào)編碼和通信協(xié)議處理等帶來的額外開銷，在控制器、執(zhí)行器和傳感器之間不可防止地引入了不同類型的時(shí)延，這些時(shí)延統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。根據(jù)所采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和設(shè)備的不同，這類時(shí)延可能是確定的、有界的或隨機(jī)的，它們?cè)诓煌潭壬辖档土讼到y(tǒng)的控制性能，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上存在多個(gè)控制回路時(shí)，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延會(huì)使各回路之間產(chǎn)生耦合，從而使NCS的分析和設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.4NCS中的根本問題2024/6/28324、單包傳輸和多包傳輸單包傳輸指NCS中的傳感器、控制器的一個(gè)待發(fā)送數(shù)據(jù)被捆在一個(gè)數(shù)據(jù)包中發(fā)送；而多包傳輸指待發(fā)送的數(shù)據(jù)被分成多個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸。傳統(tǒng)的數(shù)字控制系統(tǒng)假設(shè)被控對(duì)象的輸出和控制輸入時(shí)同時(shí)傳遞的，這在NCS的多包傳遞中已不再成立。因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)要分成多個(gè)數(shù)據(jù)包屢次傳輸，這些數(shù)據(jù)包不可能同時(shí)傳遞，也不可能同時(shí)到達(dá)。不同的網(wǎng)絡(luò)適合不同類型的傳輸，Ethernet中一個(gè)數(shù)據(jù)包最大可以容納1500個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，因此適合于單包傳輸?shù)姆绞?；DeviceNet中一個(gè)數(shù)據(jù)包最大可以容納8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，因此常常以多包方式進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.4NCS中的根本問題2024/6/28335、數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流經(jīng)眾多的計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備且路徑不唯一，因此將導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的時(shí)序錯(cuò)亂問題。NCS中的時(shí)序錯(cuò)亂分成兩種情況：。單包傳輸情況下指原來有一定先后次序的多個(gè)完整的數(shù)據(jù)在從源節(jié)點(diǎn)發(fā)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，其到達(dá)的時(shí)序與原來的時(shí)序不同；多包傳輸情況下指一個(gè)完整數(shù)據(jù)的多個(gè)數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)發(fā)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，其到達(dá)的時(shí)序與原來的時(shí)序不同。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.4NCS中的根本問題2024/6/28346、數(shù)據(jù)包喪失在網(wǎng)絡(luò)中由于存在網(wǎng)絡(luò)阻塞和連接中斷，因此會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的喪失。盡管多數(shù)網(wǎng)絡(luò)具有重新傳輸?shù)臋C(jī)制，但也只能在一個(gè)有限的時(shí)間內(nèi)傳輸，超出這個(gè)之間后，數(shù)據(jù)也就會(huì)喪失。數(shù)據(jù)包喪失相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的改變，對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)，將使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。因?yàn)閭鹘y(tǒng)系統(tǒng)是同步和定時(shí)的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.4NCS中的根本問題2024/6/28357、節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式NCS的節(jié)點(diǎn)有兩種驅(qū)動(dòng)方式：時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)事先確定的時(shí)間到時(shí)開始動(dòng)作，事先確定的時(shí)間為節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的依據(jù)，如節(jié)點(diǎn)的采樣時(shí)刻。事件驅(qū)動(dòng)：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)特定的事件發(fā)生時(shí)開始動(dòng)作，如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)從另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)接受數(shù)據(jù)。NCS中的傳感器一般采用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，而控制器和執(zhí)行器可以是時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，也可以是事件驅(qū)動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.4NCS中的根本問題2024/6/28368、時(shí)鐘同步在NCS中，當(dāng)控制器和執(zhí)行器有一個(gè)為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)，便存在一個(gè)時(shí)鐘同步問題，其目的是給兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部時(shí)鐘以同樣的值。NCS中的時(shí)鐘同步分為硬件同步和軟件同步。硬件同步：在系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間用導(dǎo)線連接，時(shí)鐘同步信號(hào)由導(dǎo)線傳遞。軟件同步：通過在網(wǎng)絡(luò)上定時(shí)播送具有較高優(yōu)先權(quán)的同步時(shí)鐘的方式實(shí)現(xiàn)。NCS中多采用軟件同步的方式。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.4NCS中的根本問題2024/6/28371.5NCS研究?jī)?nèi)容1、對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制〔ControlofNetwork〕：圍繞網(wǎng)絡(luò)的效勞質(zhì)量，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、任務(wù)調(diào)度算法和介質(zhì)訪問控制層協(xié)議等不同的角度提出解決方案，滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，減小網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、時(shí)序錯(cuò)亂、數(shù)據(jù)包喪失等一系列問題。可以運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)和控制理論的方法來實(shí)現(xiàn)。2、通過網(wǎng)絡(luò)的控制〔ControlthroughNetwork〕：指在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件下，設(shè)計(jì)相適應(yīng)的NCS控制器，保證NCS良好的控制性能和穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^建立NCS數(shù)學(xué)模型用控制理論的方法進(jìn)行研究。3、NCS整體性能的優(yōu)化與提高〔綜合控制〕：綜合考慮提高網(wǎng)絡(luò)性能和控制性能的根底上，優(yōu)化和提高整個(gè)NCS的性能。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28381.5.1對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制1、NCS體系結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議的研究結(jié)構(gòu)決定功能，體系結(jié)構(gòu)的每次開展都待來控制系統(tǒng)性能的極大提高。NCS是一種先進(jìn)的控制系統(tǒng)，它的先進(jìn)性首先表達(dá)在結(jié)構(gòu)上，那么這種體系結(jié)構(gòu)為什么是先進(jìn)的，有沒有更先進(jìn)更適合控制領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)？網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用帶來了通訊協(xié)議的研究問題，ISO/OSI參考模型、TCP/IP協(xié)議、以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、無線通訊協(xié)議等技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已經(jīng)逐漸成熟并被廣泛應(yīng)用，這些技術(shù)能否用于控制領(lǐng)域，如何改造才能應(yīng)用，已成為NCS的研究熱點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28392、NCS時(shí)延分析和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度實(shí)時(shí)性向來是控制系統(tǒng)面臨的重要問題，對(duì)NCS，由于數(shù)據(jù)傳輸帶來的延遲，實(shí)時(shí)性的研究就是要保證在特定環(huán)境下，各種設(shè)備間的通信能保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。一方面，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性，采用適宜的調(diào)度算法是減小時(shí)延的根本手段；另一方面，研究網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的特征，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，可以為控制算法的設(shè)計(jì)提供支持和保證。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.5.1對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制2024/6/28403、NCS數(shù)據(jù)包傳送的問題單包傳輸和多包傳輸出現(xiàn)數(shù)據(jù)包時(shí)序錯(cuò)亂和數(shù)據(jù)包喪失問題時(shí)，NCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，以及克服上述問題的方法。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.5.1對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制2024/6/28414、NCS中帶通信約束的控制問題由于網(wǎng)絡(luò)帶寬以及系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的限制，通信速率是有界的。如何在保證系統(tǒng)穩(wěn)定或一些其它性能指標(biāo)的情況下得到每個(gè)NCS的通訊速率上界，以及如何在由通信上界的情況下進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)、控制器設(shè)計(jì)等就構(gòu)成了帶通信約束的控制器問題。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.5.1對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制2024/6/28425、NCS的系統(tǒng)與信息的集成研究不同廠家的產(chǎn)品如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備間和系統(tǒng)間的信息傳遞與溝通，以及如何制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)使得這種集成更方便，本錢更低。集成技術(shù)在實(shí)踐上能解決遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制中遇到的許多難題，理論上還可大大促進(jìn)控制、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)等學(xué)科的交叉開展。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.5.1對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制1.5.2通過網(wǎng)絡(luò)的控制431、NCS的數(shù)學(xué)模型NCS中被控對(duì)象的連續(xù)工作狀態(tài)方程為：節(jié)點(diǎn)的工作方式分為時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)兩種。根據(jù)節(jié)點(diǎn)不同的工作方式，可以得到不同的系統(tǒng)離散事件模型。當(dāng)時(shí)延為隨機(jī)情況時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)為一隨機(jī)不確定系統(tǒng)?！?.1〕網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論2024/6/28442、NCS的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)方法在NCS中，將隨機(jī)時(shí)變時(shí)延轉(zhuǎn)化為固定時(shí)延，然后針對(duì)轉(zhuǎn)化后的固定時(shí)延設(shè)計(jì)控制器。控制器的設(shè)計(jì)分為控制規(guī)律的設(shè)計(jì)和狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)。根據(jù)給定的閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)和觀測(cè)器的極點(diǎn)分別設(shè)計(jì)控制規(guī)律和觀測(cè)器，控制規(guī)律的作用是根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)產(chǎn)生控制量，而觀測(cè)器的主要作用是利用帶延遲的局部狀態(tài)信息計(jì)算系統(tǒng)的全狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.5.2通過網(wǎng)絡(luò)的控制2024/6/28453、NCS的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在NCS中，將網(wǎng)絡(luò)時(shí)延作為系統(tǒng)中的隨機(jī)變量或隨機(jī)過程，進(jìn)而設(shè)計(jì)最優(yōu)控制器，即LQG設(shè)計(jì)問題，包括最優(yōu)控制規(guī)律設(shè)計(jì)和最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)兩個(gè)方面。根據(jù)二次性能指標(biāo)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制規(guī)律，由Kalman濾波器得到最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)。控制規(guī)律的作用是根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)產(chǎn)生控制量，而觀測(cè)器的主要作用是利用帶延遲的局部狀態(tài)信息計(jì)算系統(tǒng)的全狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.5.2通過網(wǎng)絡(luò)的控制2024/6/28464、NCS的魯棒控制設(shè)計(jì)方法魯棒控制理論是針對(duì)實(shí)際工程中模型不確定性開展起來的，因此對(duì)于此類問題可以直接應(yīng)用魯棒控制器的設(shè)計(jì)方法來解決。將NCS時(shí)延環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的不確定塊，同時(shí)可以考慮被控對(duì)象的不確定性，然后針對(duì)轉(zhuǎn)化后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)魯棒控制器。該控制器能同時(shí)保證NCS的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能指標(biāo)，此性能指標(biāo)是確定性的性能指標(biāo)，而不是概率意義上的性能指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)工程教研室鄔春學(xué)《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》-第一局部緒論1.5.2通過網(wǎng)絡(luò)的控制2024/6/28475、NCS的智能控制設(shè)計(jì)方法高級(jí)控制和智能控制對(duì)于解決變化的問題和情況有較好的適應(yīng)能力，因此可以用智能控制和先進(jìn)控制策略解決時(shí)延不確定和時(shí)延補(bǔ)償問題，以提高系統(tǒng)的魯棒性。常用的智能控制