网络控制系统的发展现状及展望
国内外plc的发展现状和趋势的书籍-概述说明以及解释

国内外plc的发展现状和趋势的书籍-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容如下:在当今工业自动化领域,可编程逻辑控制器(PLC)作为一种重要的控制设备,已经得到了广泛的应用。
本文将对国内外PLC的发展现状和趋势进行深入探讨和分析,从历史沿革、应用领域、技术发展、市场概况、先进技术应用、国际合作与竞争、智能化发展趋势、工业4.0影响以及新兴应用领域等方面展开论述。
通过本文的研究,旨在为读者提供对PLC领域的全面了解,同时为PLC行业未来的发展方向提供一些参考和建议。
愿本文能够帮助读者更好地理解PLC技术在工业自动化领域的重要性和应用前景。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:在本文中,将首先对国内外PLC的发展现状进行介绍,包括国内PLC 的历史沿革、应用领域和技术发展,以及国外PLC的市场概况、先进技术应用和国际合作与竞争情况。
随后,将分析PLC发展的趋势,包括智能化发展趋势、工业4.0的影响以及新兴应用领域。
最后,将对国内外PLC的发展进行对比,展望未来的发展方向,并提出相应的建议。
通过本文的分析,读者将能够深入了解国内外PLC的发展现状和趋势,并为相关领域的发展提供一定的参考和指导。
1.3 目的文章的主要目的是通过对国内外PLC(可编程逻辑控制器)的发展现状和趋势进行分析和比较,探讨PLC技术在工业自动化领域的应用情况以及未来的发展方向。
通过深入研究,我们旨在揭示不同国家和地区在PLC 领域的发展策略和技术创新,为我国相关行业提供经验借鉴和发展参考,促进我国工业自动化技术水平的提升和产业升级。
同时,希望能够为PLC 技术的应用和发展提供有益的启示和建议,推动我国工业智能化进程,实现经济可持续发展和产业结构的优化升级。
2.正文2.1 国内PLC发展现状:2.1.1 历史沿革:随着中国经济的快速发展,PLC在国内的应用也逐渐增多。
最早引入PLC技术的是20世纪80年代,当时主要用于工业控制领域。
《2024年智能家居系统的研究》范文

《智能家居系统的研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展,智能家居系统逐渐成为现代家庭生活的重要组成部分。
智能家居系统通过将家庭内的各种设备与互联网连接,实现了远程控制、自动化管理等功能,极大地提升了人们的生活品质和居住体验。
本文旨在探讨智能家居系统的发展现状、关键技术及其应用,并对其未来发展趋势进行展望。
二、智能家居系统的发展现状智能家居系统起源于上世纪末,经过多年的发展,现已成为集成了自动化、网络通信、物联网等技术的综合性系统。
目前,智能家居系统已广泛应用于全球各地,为人们的生活带来诸多便利。
在发展方面,智能家居系统呈现出以下几个特点:1. 普及程度高:随着互联网的普及和人们生活水平的提高,越来越多的家庭开始关注和使用智能家居系统。
2. 涵盖领域广:智能家居系统已不仅仅局限于简单的灯光、空调等家电控制,还包括了安全、娱乐、能源管理等多个领域。
3. 技术更新快:随着人工智能、物联网等技术的发展,智能家居系统的功能和性能不断提升。
三、关键技术与应用智能家居系统的核心在于其采用的关键技术,包括但不限于以下几个领域:1. 无线通信技术:通过无线通信技术,智能家居设备可以实现与手机、电脑等设备的连接,实现远程控制和数据传输。
2. 物联网技术:物联网技术使得智能家居设备能够相互连接,形成一个庞大的网络系统,实现设备间的信息共享和协同工作。
3. 人工智能技术:人工智能技术使得智能家居系统能够根据用户的使用习惯和需求,自动调整设备的工作状态,提供更加智能化的服务。
在应用方面,智能家居系统已广泛应用于家庭、酒店、医院等各个领域。
例如,在家庭中,人们可以通过手机或智能音响控制家中的灯光、空调等设备;在酒店中,通过智能门锁、智能客房控制系统等设备提高服务质量和效率;在医院中,通过智能监护系统实时监测病人的生命体征等。
四、未来发展趋势与挑战随着科技的不断发展,智能家居系统的未来将呈现出以下几个趋势:1. 更加智能化:随着人工智能技术的不断发展,智能家居系统将更加智能化,能够更好地满足用户的需求和习惯。
网络控制系统研究进展

目录
01 一、网络控制系统的 定义和背景
02
二、网络控制系统的 发展历程
03 三、网络控制系统的 研究现状和不足
04 四、总结
05 参考内容
内容摘要
随着网络技术的飞速发展,网络控制系统(Networked Control Systems, NCS)逐渐成为研究热点。NCS是一种将控制理论、计算机网络、通信技术等领域 相结合的系统,具有远程控制、实时监测、信息共享等功能。本次演示将介绍 NCS的定义、发展历程、研究现状及不足,并探讨未来的研究方向。
内容摘要
随着网络技术的快速发展,网络控制系统在工业、交通、医疗等领域的应用 越来越广泛。网络控制系统是指将控制单元和传感器通过网络连接起来,实现远 程控制和监测的系统。本次演示将从需求分析、系统设计、仿真验证、实际应用 等方面探讨网络控制系统的研究与设计。
需求分析
需求分析
网络控制系统需要满足稳定性、可靠性和实时性等方面的要求。稳定性是网 络控制系统的核心要求,是指系统在正常运行过程中,能够保持稳定的性能和精 度。可靠性是指系统在面对各种异常情况时,能够有效地进行应对,避免系统崩 溃或出现重大故障。实时性是指系统能够对实时采集的数据进行快速处理和响应, 以满足控制系统的要求。这些要求在系统设计时需要充分考虑和满足。
三、网络控制系统的研究现状和不足
然而,NCS的研究也存在一些不足。首先,现有的NCS模型和算法往往针对特 定的应用场景设计,缺乏普适性。其次,NCS的稳定性和鲁棒性分析仍面临许多 挑战,亟待深入研究。此外,如何解决NCS应用中的实际问题,如通信延迟、数 据丢包等,也是研究人员需要和解决的难题。
四、总结
仿真验证
在仿真过程中,需要系统的响应时间、稳定性、可靠性和精度等方面,对系 统进行优化和改进。同时,在仿真过程中也需要注意发现和解决潜在的问题,为 实际应用打下坚实的基础。
SCADA系统无线通信论文

SCADA系统无线通信论文提纲:1. SCADA系统无线通信技术的发展现状分析与应用前景展望;2. SCADA系统无线通信存在的瓶颈与挑战;3. SCADA系统无线通信技术的性能指标及优化方法;4. SCADA系统无线通信与信息安全的关系;5. SCADA系统无线通信技术在建筑工程领域的应用案例.一、SCADA系统无线通信技术的发展现状与应用前景展望随着现代化建筑工程的不断发展,通信、计算和控制技术正在迅速更新。
现代化SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统已经成为了很多大型建筑工程中的重要组成部分,如城市燃气管道、给排水系统等。
SCADA系统作为实时数据采集、通信、控制的重要手段,无线通信技术的发展对其发挥作用起着至关重要的作用。
此外,SCADA系统无线通信技术也是当前工业4.0时代实现智能化、自动化、网络化的重要手段。
因此,深入研究SCADA系统无线通信技术的发展现状、存在的问题及其应用前景至关重要。
二、SCADA系统无线通信存在的瓶颈与挑战SCADA系统无线通信技术的快速发展也带来了很多问题和挑战,如无线信号传递距离受限、通信速度受到限制和网络安全问题等。
此外,SCADA系统的控制要求具有稳定可靠性,而无线通信技术本身也存在网络不稳定、无法实时响应控制指令等许多问题,这使得SCADA系统无线通信技术的应用在某些情况下受到限制。
因此,探讨SCADA系统无线通信存在的瓶颈及解决策略对于改善其可靠性和应用范围是至关重要的。
三、SCADA系统无线通信技术的性能指标及优化方法SCADA系统无线通信的性能直接影响到其数据采集、通信和控制的效果。
因此,建立合理的性能指标、分析相关性能数据以及寻找适当的优化方法十分关键。
其基本性能指标可包括通信传输速率、响应时间、旋转速度、信号传输距离等。
而针对不同的应用场景和需求,可以采取不同的优化方法,如调整网络拓扑、改善频段使用策略、增强网络传输安全等,来提高SCADA系统无线通信技术的性能和可靠性。
物联网技术的发展现状及未来趋势展望

物联网技术的发展现状及未来趋势展望随着科技的快速发展,物联网技术逐渐成为一种普及且不可忽视的潮流。
物联网技术通过将传感器、网络通信和云计算等先进技术相结合,实现了实物与虚拟世界的连接,为人们的日常生活、工作和生产带来了诸多便利。
它已经在各个领域引起了广泛的关注和应用,比如智能家居、智能城市、智能工业等。
目前,物联网技术的发展主要集中在以下几个方面:首先,智能家居领域是物联网技术的重点应用之一。
家庭中的各个智能设备可以通过物联网技术进行连接,实现对家居环境的智能控制和管理。
通过智能家居系统,用户可以实现对照明、空调、安防等设备的远程控制,提高家居的舒适度和生活品质。
其次,智能城市建设是物联网技术的又一个重要应用领域。
通过将城市中的各类设备、设施和资源进行联网,实现城市的智能化管理和运营。
物联网技术可以应用于城市交通、环境监测、能源管理等方面,提高城市的运行效率和资源利用效率,改善居民的生活质量和城市的可持续发展。
另外,物联网技术在工业领域也发挥着越来越重要的作用。
通过将工业设备和工厂的各个环节进行连接,实现对生产过程的实时监测和控制。
工业物联网可以提高生产效率、降低能耗和资源浪费,并且可以灵活调整生产线和生产计划,提高企业的竞争力和盈利能力。
除了现有的应用领域,物联网技术在未来还有很大的发展潜力。
首先,随着5G技术的普及和应用,物联网技术的传输速度和稳定性将大幅提升,为物联网技术的发展创造了更好的条件。
其次,人工智能技术的迅猛发展也将推动物联网技术的创新和应用。
物联网技术与人工智能的结合可以实现更精确的数据分析和智能决策,提高系统的智能化和自主化水平。
未来,物联网技术将趋向更加智能化、自动化和自适应化。
物联网设备将变得越来越小巧、高效和智能,对环境和资源的利用效率将大幅提升。
同时,物联网技术与其他新兴技术的融合将推动新的应用场景的出现,如智能医疗、智能交通等。
这些领域的发展将进一步改变人们的生活方式和社会运行方式。
物联网的发展现状及未来展望

物联网的发展现状及未来展望随着科技的飞速发展,物联网(Internet of Things, IoT)已成为当前热门话题之一。
物联网是指通过互联网将各种智能设备和传感器连接起来,并实现数据交互和共享的网络体系。
现如今,物联网已经在各行各业渗透开来,推动着各个行业的革新与进步。
物联网在工业领域的应用已取得了显著成果。
通过将机器与机器相连,工业物联网可以实现设备的自动监控和维护。
比如,在生产线上安装传感器,可以实时监测设备的运行状态,提前预知设备故障,从而及时修复,避免生产中断。
此外,工业物联网还可以通过数据分析提高生产效率和产品质量,减少资源浪费。
例如,汽车制造厂可以利用物联网技术实现工厂内各个环节的数据监测和优化,从而实现智能制造,降低生产成本。
而在城市建设方面,物联网技术也发挥了重要作用。
智能交通系统是物联网技术在城市交通领域的代表之一。
通过在交通信号灯、车辆、道路等各个环节应用传感器和通讯技术,可以实时采集和分析交通数据,实现交通信号的智能调控和交通拥堵的优化。
这样可以提高城市交通效率,减少交通事故的发生,改善居民的出行体验。
此外,智能家居也是物联网技术在城市建设中的重要应用。
通过将家用电器、安防设备、空调等设备连接到互联网上,居民可以通过手机或者其他智能终端远程控制家居设备,提高生活的便利性和舒适度。
物联网的应用还扩展到了农业和环境领域。
农业物联网可以通过在农田中安装土壤湿度传感器、气象传感器等设备,实时监测农作物的生长情况和环境条件,从而调整灌溉和施肥的量,提高农作物的产量和质量。
此外,环境监测也是物联网技术在环境保护领域的重要应用之一。
通过在城市中分布传感器,可以实时监测和控制环境污染物的排放,实现环境的智能管理。
这样可以保护生态环境,提高居民的生活质量。
未来,随着5G网络的普及和物联网技术的不断发展,物联网将迎来更广阔的应用前景。
首先,物联网将在医疗领域大显身手。
通过将医疗设备、监护仪器等设备与互联网连接,可以实现医疗信息的即时传输和共享。
智能PID控制的发展现状及应用展望
智能PID控制的发展现状及应用展望【摘要】智能PID控制是一种在工业控制领域应用广泛的控制技术。
本文首先介绍了智能PID控制的重要性和定义,然后简要概述了智能PID控制技术的发展历程以及其基本原理。
接着分析了智能PID控制在工业控制中的应用,并展望了该技术的发展趋势和在自动化领域的前景。
总结部分强调了智能PID控制技术的重要性,并探讨了其应用前景和发展趋势。
通过本文的阐述,读者可以更全面地了解智能PID控制技术在工业控制中的重要性和潜在价值,为相关领域的研究和实践提供借鉴。
【关键词】智能PID控制,发展现状,应用展望,重要性,定义,技术,历程,基本原理,工业控制,发展趋势,自动化领域,前景展望,结论。
1. 引言1.1 智能PID控制的重要性智能PID控制在现代工业控制中扮演着重要的角色,其重要性主要体现在以下几个方面:1. 提高系统稳定性和精度:PID控制器通过不断地调整控制参数,使得系统能够更快地响应外部干扰,变化更加平稳,从而提高系统的稳定性和精度。
2. 降低成本和提高效率:智能PID控制可以根据系统的实时情况进行调节,使得系统运行更加高效,减少了资源的浪费,降低了生产成本。
3. 适应性强:智能PID控制器可以根据系统的实时变化进行自适应调整,无需人工干预,自动适应环境变化,提高了系统的适应性和鲁棒性。
4. 扩展性好:智能PID控制器可以根据系统需求进行扩展和改进,实现多种控制策略的组合,应对不同的控制问题,提高了系统的灵活性。
智能PID控制在工业控制中的重要性不言而喻,它已经成为现代工业自动化控制系统的核心技术之一,对于提高生产效率、降低成本、改善产品质量具有非常重要的意义。
1.2 智能PID控制的定义智能PID控制是一种基于比例、积分和微分的控制算法,通过对系统的反馈进行连续调节,以实现系统的稳定性和性能优化。
PID控制器根据系统的偏差(即期望值与实际值之间的差异)来调整输出信号,使系统的输出尽可能接近期望值。
2024年我国工业电气自动化现状与发展趋势探析
2024年我国工业电气自动化现状与发展趋势探析一、工业电气自动化概述工业电气自动化,是指通过自动化设备和系统,对工业生产过程进行监控、调节、控制和优化,以提高生产效率和产品质量,降低能源消耗和人力成本。
工业电气自动化集成了电子技术、计算机技术、控制技术、网络通信技术等众多高新技术,是现代工业发展的重要标志。
二、当前发展现状分析近年来,我国工业电气自动化发展取得了显著成就。
在政策支持和技术进步的双重推动下,工业自动化水平不断提升,自动化控制系统日益普及。
众多企业开始引进和应用先进的自动化设备和系统,如PLC(可编程逻辑控制器)、DCS(分布式控制系统)等,提高了生产过程的自动化程度。
同时,互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术在工业电气自动化领域的应用也日益广泛,推动了工业自动化向智能化、网络化、集成化方向发展。
然而,与发达国家相比,我国工业电气自动化的整体水平还存在一定差距。
一方面,部分关键技术和核心设备仍依赖进口,自主创新能力有待加强;另一方面,工业自动化技术应用的广度和深度还不够,特别是在中小企业中,自动化水平相对较低。
三、核心技术与应用领域工业电气自动化的核心技术包括控制技术、信息处理技术、传动技术和系统集成技术等。
其中,控制技术是工业电气自动化的核心,包括自动控制理论、运动控制、过程控制等。
信息处理技术则负责对生产过程中产生的数据进行收集、处理和分析,为生产决策提供数据支持。
传动技术则通过电机、减速器等设备实现能量的传递和转换。
系统集成技术则将各种自动化设备和系统进行集成和优化,实现生产过程的整体自动化。
工业电气自动化的应用领域十分广泛,涵盖了电力、冶金、化工、机械制造等众多行业。
在电力行业中,工业电气自动化主要应用于发电、输电、配电等环节,提高了电力系统的运行效率和稳定性。
在冶金和化工行业中,工业电气自动化则主要应用于生产过程的自动化控制和优化,提高了产品质量和生产效率。
在机械制造行业中,工业电气自动化则通过数控机床、机器人等设备实现了生产过程的自动化和智能化。
车联网技术的发展现状与未来展望
车联网技术的发展现状与未来展望在当今科技飞速发展的时代,车联网技术正逐渐成为汽车行业的热门话题。
车联网,简单来说,就是将车辆与互联网连接起来,实现车辆与车辆、车辆与基础设施、车辆与行人以及车辆与云端之间的信息交互和共享。
这一技术的出现,不仅改变了我们的出行方式,还为交通安全、交通效率和汽车产业带来了深远的影响。
目前,车联网技术已经取得了显著的进展。
在通信技术方面,4G 网络的广泛应用为车联网提供了相对稳定和快速的数据传输通道。
车辆可以通过 4G 网络实时获取导航信息、交通路况、天气预报等数据,为驾驶者提供更加便捷和智能化的服务。
同时,5G 网络的逐步普及也为车联网带来了更大的发展潜力。
5G 网络具有更高的带宽、更低的延迟和更多的连接数,能够支持更复杂的车联网应用,如自动驾驶、远程控制等。
在传感器技术方面,车辆配备了越来越多的传感器,如激光雷达、毫米波雷达、摄像头等。
这些传感器可以实时感知车辆周围的环境信息,包括车辆、行人、障碍物等,并将这些信息传输给车辆的控制系统,以实现自动紧急制动、自适应巡航、车道保持等功能。
此外,高精度地图的应用也为车联网提供了重要的支持。
高精度地图可以提供更加详细和准确的道路信息,帮助车辆更好地规划行驶路线和进行自动驾驶。
在车载操作系统方面,各大汽车厂商和科技公司都在积极研发自己的车载操作系统。
这些操作系统不仅具备传统的多媒体娱乐、车辆控制等功能,还能够与外部的互联网服务进行集成,为用户提供更加个性化和智能化的体验。
例如,苹果的 CarPlay 和谷歌的 Android Auto 已经成为了许多车辆的标准配置,用户可以通过手机与车辆进行无缝连接,使用手机上的应用和服务。
在车联网服务方面,目前已经出现了许多创新的应用和服务。
例如,车辆远程诊断和维护服务可以让车主实时了解车辆的健康状况,并在出现故障时及时通知维修人员;共享出行服务通过车联网技术实现车辆的定位、预订和计费,为用户提供更加便捷和经济的出行方式;智能停车服务可以帮助车主快速找到空闲的停车位,并实现自动泊车和缴费。
核电厂数字化仪表与控制系统的应用现状与发展趋势
核电厂数字化仪表与控制系统的应用现状与发展趋势【摘要】核电厂数字化仪表与控制系统作为核电厂重要的控制和监测设备,在现代化建设中起着至关重要的作用。
本文从引言、正文和结论三部分进行论述。
在阐述核电厂数字化仪表与控制系统的重要性及研究目的和意义。
在分析了核电厂数字化仪表与控制系统的现状、应用案例和发展趋势,重点探讨了数字化技术在核电厂的应用及数字化仪表与控制系统的优势和挑战。
在探讨了核电厂数字化仪表与控制系统的未来发展方向,并对整篇文章进行了总结与展望。
通过对核电厂数字化仪表与控制系统的分析,可以更好地了解其在核电行业中的作用和发展趋势,为未来的研究和应用提供参考和指导。
【关键词】核电厂、数字化、仪表、控制系统、应用现状、发展趋势、技术、优势、挑战、未来发展方向、总结、展望1. 引言1.1 核电厂数字化仪表与控制系统的重要性核电厂数字化仪表与控制系统作为核电厂的核心技术之一,在现代核电产业中扮演着至关重要的角色。
数字化仪表与控制系统通过将传感器、执行器等设备连接到数字处理单元上,实现了对核电厂各项运行参数的实时监测和控制,极大地提高了核电厂的运行效率和安全性。
在核电厂的运行过程中,数字化仪表与控制系统可以对各种参数进行快速、精准的监测和控制,避免了人为因素对核电厂安全运行的影响。
数字化仪表与控制系统可以实现远程监控和操作,大大提高了核电厂的智能化水平,减少了人工干预的需求,提高了工作效率。
数字化仪表与控制系统还可以实现数据的实时记录和存储,为核电厂的安全评估和事故分析提供了重要数据支持。
核电厂数字化仪表与控制系统的重要性不言而喻,它不仅是核电厂安全可靠运行的基础,也是实现核电厂智能化、数字化管理的关键技术之一。
随着核电产业的不断发展,数字化技术在核电厂中的应用将越发重要,对提高核电厂的运行效率、安全性和可靠性具有重要意义。
1.2 研究目的和意义核电厂数字化仪表与控制系统作为核电厂的重要组成部分,具有着至关重要的作用。
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有关网络控制系统的发展现状及展望的读书报告1.概述计算机技术和通信技术的飞速发展, 使网络应用在全球范围内日益普及, 并渗透到社会生活的各个领域。
在控制领域,网络已逐渐进入人们的视野,并引领控制系统的结构发生着变化。
通过公用或专用的通信网络来代替传统控制系统中的点对点结构已越来越普遍。
这种通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(NCSS)与传统点对点结构的控制系统相比。
NCSS具有成本低、功耗小、安装与维护简便、可实现资源共享、能进行远程操作等优点。
若采用无线网络,NCSS还可以实现某些特殊用途的控制系统,这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。
NCSS的诸多优点使其在远程医疗、智能交通、航空航天、制造过程以及国防等领域得到了日益广泛的应用。
然而,网络并不是一种可靠的通信介质。
由于网络带宽和服务能力的物理限制,数据包在网络传输中不可避免地存在时延、丢包以及时序错乱等问题。
这些问题是恶化系统性能以及导致NCSS不稳定的重要原因,并且这些问题的存在使传统控制理论很难直接应用于NCSS的分析和设计。
为保证NCSS稳定并具有满意的控制性能,必须深入研究NCSS并发展与其相适应的分析和设计理论。
近年来,NCSS的研究得到了来自控制领域、信号处理领域、以及通讯领域研究人员的共同关注,相关文献层出不穷。
本文力图回顾近年来这一领域的重要成果,总结并指出这一领域下一步的发展方向和有待解决的新课题。
2.网络控制中的基本问题2.1 时延由于网络带宽和服务能力的物理限制,数据包在网络传输中不可避免地存在时延。
网络时延受网络协议、负载状况、网络传输速率以及数据包大小等因素的综合影响,其数值变化可呈现随机、时变等特性。
在NCSS的研究中,时延的数学描述主要采用以下3类模型: 固定时延模型、具有上下界的随机时延模型以及符合某种概率分布的概率时延模型。
2.2 丢包由于网络节点的缓冲区溢出、路由器拥塞、连接中断等原因,数据包在网络传输中会出现丢失现象;丢包受网络协议、负载状况等因素的综合影响,通常具有随机性、突发性等特点。
在NCSS的研究中,丢包的数学描述主要有以下两种方法:1)确定性方法: 该方法通常采用平均丢包率或最大连续丢包量来描述丢包;2)概率方法: 该方法假设丢包满足某种概率分布,如有限状态的Markov过程、Berno分布等,并采用相应的概率模型来描述丢包。
2.3 时序错乱由于数据包传输路径不唯一、且不同路径的传输时延亦不尽相同,数据包到达目的节点的时序可能发生错乱。
数据包的时序错乱是随机性网络时延的衍生现象,因而时序错乱亦能恶化NCSS的控制性能甚至造成系统不稳定。
2.4 单包传输和多包传输以数据包形式传输信息是NCSS有别于传统控制系统的重要特点之一。
根据传输策略不同,NCSS的数据传输分为单包传输和多包传输两种情况。
单包传输是指:传感器和控制将每次待发送信息封装成一个数据包进行传输。
多包传输是指:传感器将每次待发送的采样信号封装成多个数据包进行传输,或者控制器将每次待发送的控制信号封装成多个数据包进行传输。
NCSS之所以采用多包传输策略,一方面可能因为网络数据包的数据位太少,不能承载每次待发送的采样信号或控制信号;另一方面可能因为NCSS具有多个空间分布较广泛的传感器或执行器,必须采用分布传输方式。
此外,NCSS中的基本问题还包括量化效应、执行器饱和、变采样周期等问题。
这些问题已在传统的点对点结构的控制系统中有所涉及并为人们所熟悉,这里不再赘述。
3 网络控制系统的研究现状NCSS研究的起源可以追溯到20世纪80年代后期Luck等人的工作。
自此之后,NCSS的研究逐渐展开。
1999年, Walsh提出了“networked controlsystem”这一概念,很快被国内外学者所接受并沿用至今。
IEEE汇刊于2001年、2004年和2007年相继出版了有关NCSS的专刊,这引起了国内外学者对NCSS的广泛关注,并掀起了NCSS的研究热潮。
到目前为止, NCSS作为一个新兴的研究领域, 已成为国内外学术界的前沿方向和研究热点,并取得了一系列研究成果。
3.1 面向控制理论的NCSS研究根据研究思路的不同, 面向控制理论的NCSS研究可分为被动分析方法和主动综合方法。
3.1.1 被动分析方法被动分析方法首先在不考虑网络情况下对控制器进行设计,然后进一步考虑网络影响来分析闭环NCSS的系统性能。
1) 网络摄动法网络摄动法最早由美国学者Walsh提出, 其基本思想是: 将网络对控制系统的影响视为系统摄动,在考虑摄动误差基础上建立NCSS的模型并分析闭环系统的稳定性,最终计算出保证NCSS稳定的最大允许传输间隔和最大允许时延上界。
网络摄动法既可用于线性NCSS, 又可用于非线性NCSS。
然而,该方法通常假设网络仅存在于传感器和控制器之间,并且所得结果往往非常保守,最终导致该方法未被广泛采用。
2) Lyapunov-Krasovskii方法该方法的基本思想是:将具有时延和(或)丢包的NCSS表示为时滞系统,进而利用时滞系统理论中的Lyapunov-Krasovskii方法来分析系统的稳定性,从而确定保证NCSS稳定的网络条件。
例如,Kim基于Lyapunov-Krasovskii方法给出了一种求取最大允许时延上界的方法。
与网络摄动法相比,Lyapunov-Krasovskii方法具有较强的普适性和较低的保守性。
3.1.2 主动设计方法主动设计方法在考虑网络对Less影响基础上进行控制器设计,进而讨论相应的建模、分析以及系统综合等问题。
显然,与较被动分析方法相比,主动设计方法在控制器设计以及系统分析过程中有效利用了网络信息,所得分析结果的保守性更低,所得控制策略也更为合理。
因此, 主动设计方法备受众多学者的青睐,相关成果层出不穷。
1) 时延整形法时延整形法最早由Luck提出,其基本思想是:通过在数据接受端安装缓冲区,使网络时延通过“整形”转化为常值时延,从而将具有时变时延的Less简化为具有常值时延的Less。
显然,该类方法大大简化了Less的分析和设计。
然而,这类方法人为地扩大了时延,所得结果往往具有一定的保守性。
因此,时延整形法从1990年Luck提出后,只有少数学者进行研究,没有得到广泛的推广和应用。
2) 模型控制法模型控制法(model-based control)的基本思想是:当被控对象的采样信号可获得时,控制器利用采样信号来计算控制信号进而控制被控对象(此情形可被视为闭环控制);当被控对象的采样信号不可获得时,控制器则根据被控对象的模型信息和以往的采样信号来估计被控对象的状态,利用估计的被控对象状态来计算控制信号进而控制被控对象。
不难看出,模型控制方法的本质是一种在开环控制和闭环控制之间进行切换的控制方法。
这类方法一般假设网络仅存在于传感器和控制器之间,因而具有一定的局限性。
3) 随机控制方法随机控制方法假设时延或丢包服从某种分布,然后将闭环Less建模成一个随机系统,进而利用随机系统理论对Less进行研究。
其中有代表性的工作包括有关ICCS的早期工作、Million和Thu提出的随机最优控制方法、Wu提出的随机镇定方法、Yang提出的H1控制方法和Hang提出的状态反馈控制方法。
4) Lyapunov-Krasovskii方法该方法的基本思想是:将具有时延和(或)丢包的NCSS表示为时滞系统,然后利用时滞系统理论中的Lyapunov-Krasovskii方法对闭环NCSS进行分析并给出控制器设计方法。
其中有代表性的工作包括Yue提出的状态反馈控制方法、Gao 提出的H1输出跟踪控制方法以及Jiang提出的H1状态反馈镇定方法。
5) 切换控制方法切换控制方法的基本思想是:将NCSS表示为切换系统,然后利用切换系统的理论对闭环NCSS进行分析并给出控制器设计方法。
其中有代表性的工作包括Zhang提出的输出反馈镇定控制方法和Wang提出的H1控制方法。
6) 预测控制方法预测控制的基本思想是:控制器利用被控对象的模型信息和以往的采样信号来估计当前和将来的被控对象的状态信息或输出信息,然后利用估计的信息来控制被控对象,从而达到补偿时延和(或)丢包对NCSS的影响。
其中有代表的工作包括Zhang和Chen提出的基于Smith预估器的控制方法、Liu提出的网络化预测控制方法和Tang提出的变时域预测控制方法。
7) 模糊控制方法鉴于模糊逻辑控制在处理复杂、不确定系统具有独特的优越性,很多学者将模糊逻辑控制应用于NCSS,并取得了一系列研究成果。
其中有代表性的研究工作包括Jiang提出的模糊镇定控制方法和Zhang提出的模糊鲁棒H1控制方法。
8) 其他控制算法除上述方法外,还有一些其他控制方法,如基于网络服务质量(quality of service, 简记为QoS)的增益调度控制方法、基于遗传算法的远程控制器设计方法等。
但这些方法大都缺乏理论支持或尚未形成理论体系。
3.2 面向调度协议的研究NCSS调度协议研究源于通信技术,通过赋予数据包不同优先级来合理配置网络带宽,从而保证NCSS所期望的网络QoS。
根据调度协议性质的不同,NCSS 的调度协议研究可分为静态调度协议研究和动态调度协议研究。
1) 静态调度协议研究静态调度协议是指在完全已知调度任务全集及其约束信息情况下设计得到的调度协议。
其中有代表性的工作包括速率单调算法及其改进算法。
RM算法为每一个周期任务指定一个优先级,该优先级按照任务周期的长短顺序排列,任务周期越短,优先级越高。
Zhang提出了改进的RM算法,并将其应用到NCSS中。
相关研究可参见文献及其参考文献。
2) 动态调度协议研究在动态调度协议中,调度任务全集及其约束信息并非完全已知。
动态调度协议需要根据调度任务信息来动态调整调度策略。
其中有代表性的工作包括EDF 算法和FCS调度算法。
EDF算法将待发数据按其Deadline来分配优先级,拥有最近截止期限的任务具有最高的优先级。
FCS算法则将反馈控制理论与实时调度理论相结合,通过构造基于反馈控制的调度体系结构来解决不可预测环境下的实时调度问题。
3.3 兼顾控制和网络的NCSs综合研究近年来,兼顾控制和网络的NCSS综合研究亦受到了研究者的广泛关注,并取得了一定的研究成果。
美国学者Walsh提出了TOD/MEF介质访问控制策略,并分析了采用TOD-MEF协议的NCSS的稳定性。
TODMEF协议的基本思想是:当多个节点竞争网络拥有权时,当前误差最大的节点优先传输数据,而所有竞争失败的节点将丢弃本时刻未传数据包。
Ye基于IEEE 802.11无线网标准提出了用于无线NCSS的优先级载波侦听多路存取/冲突避免(P-CSMA/CA)协议来确保数据的实时传输,并进一步分析了采用P-CSMA/CA协议的NCSS的稳定性。