网络控制系统研究综述与前景展望

介绍了网络化控制系统（networked control system, NCS）出现的背景，综述了NCS面临的基本问题和现状，整理了近年来NCS分析与综合方面的研究成果和最新进展．描述了NCS的模型、特点、时延、丢包、稳定性、网络调度等内容，归纳了现有的研究方法．对TrueTime和NS2等仿真工具做了比较详细的阐述．最后，论述了NCS研究中尚待解决的问题，展望了网络控制系统未来的发展前景．     

基于网络演算的网络控制系统确定性延迟模型

延迟对网络控制系统（NCS）的研究有着重要的影响．针对控制网络的特殊性，总结、拓展了网络演算理论，结合控制网络拓扑结构以及数据调度策略，得出了基于网络演算理论的NCS网络一般性延迟模型及延迟上界，使得对NCS确定性延迟的研究更符合完备性的要求．     

Ethernet NCS响应时间保障机制研究

随着网络技术日趋成熟．以太网络在控制系统中的应用也成为研究热点之一。稳定性是NCS能够正常工作的首要条件，然而时延的存在给网络控制系统带来了很大的不确定性。在对时延进行分析后，针对时延的主要部分解决问题，并提出了指令推测技术，为Ethernet NCS响应时间保障机制提供理论基础。     

网络控制系统中的调度问题

网络控制系统（NCS）的控制性能受限于共享的计算资源和网络资源,如何对NCS中的周期和非周期的复杂信息流进行有效的调度成为影响系统控制性能的关键因素。从实时控制角度,分析了NCS中的时态特性和NCS的实时调度问题。同时从实时CPU调度策略、NCS网络调度方法、调度诱导问题及其补偿方法、可调度性分析和调度优化、控制与调度协同设计等方面综述了现有的NCS中的调度理论和方法,并讨论了今后进一步的研究方向。     

网络控制系统消息时延的仿真研究

网络时延是网络控制系统(NCS)面临的首要问题,由于受MAC机制、网络负载、网络调度等因素影响,该时延一般是时变和不确定的.传统控制系统仿真软件难以客观反映网络时延的变化,无法用于NCS时延的仿真分析.应用TrueTime仿真工具,对NCS网络时延的主体-消息时延进行仿真研究.首先,给出了利用TrueTime进行NCS仿真的结构框图,分析了TrueTime内核模块和网络模块的功能特点;其次,针对一个具体的NCS,建立了TrueTime仿真模型;最后,通过仿真试验,研究了NCS消息时延的变化特性,所得结论可以指导NCS的分析与设计.     

网络控制系统的网络安全研究

基于网络控制系统(networkedcontrolsystem,NCS)的基本概念,分析了NCS网络安全体系结构和动态需求,讨论了确保NCS网络安全的各种安全机制,提出了自律分散NCS安全体系策略,指出了如何设计具有自律可控性和自律可协调性的NCS安全体系的思想方法,并给出了相应的模型结构。     

网络控制系统的信息安全研究

基于网络控制系统(networkedcontrolsystem,NCS)的网络空间特性,分析了NCS信息安全的体系结构,讨论了针对NCS的各种安全策略,提出了自律分散NCS安全体系,设计具有自律可控性和自律可协调性的NCS安全体系的新方法,给出了NCS的信息安全评价标准,指出了NCS的网络信息安全应进一步研究的若干问题。     

针对数据包丢失的网络控制系统的建模及稳定性分析

NCS主要通过数字通讯网络连接方式来替代传统的点与点之间的连接方式,从而构成闭环控制系统。在NCS中具有各种信息,主要包括控制器输出、对象输出,通讯网络通过控制系统中的各部件,比如传感器、执行器、控制器之间进行交换、传输。网络控制系统在进行信息传输时,存在数据包丢失,从而降低控制系统的性能。本文主要针对数据包丢失的网络控制系统的建模及其稳定性进行了分析。     

网络控制系统的安全体系设计研究

介绍了网络控制系统(NCS)的信息安全和网络安全,分析了NCS安全体系的设计目标、设计要求和设计原则,提出了设计具有自律可控性和自律可协调性NCS安全体系的新方法,并指出了NCS安全体系设计中需进一步研究的若干问题。     

具有随机时延和丢包补偿的NCS的H∞控制

给出一个存在随机时延和数据包丢失的网络控制系统（Networked Control System, NCS）模型，并分析了其渐近稳定的LMI条件．为了降低数据包丢失对系统稳定性的影响，在系统中增加了补偿器，并建立了具有丢包补偿器和随机网络诱导时延的NCS模型．在此模型的基础上，给出了系统渐近稳定和γ次优、最优的充分条件，并且获得了系统最优H∞控制的输出反馈控制律．对同一算例进行Matlab仿真，结果表明具有丢包补偿器的NCS趋于稳定的速度更快．     

网络化控制系统研究动态

0网络化控制系统（NCS）概述 什么是网络化控制系统？网络化控制系统（Networked Control Sysleros），简称为NCS；是通过网络构成反馈闭环通道的一类控制系统；也即．网络是系统的一部分，其传感器和控制器、控制器和执行机构、传感器和传感器、执行机构和执行机构之间的信息传递都是通过网络实现的。     

基于CAN的网络控制系统消息等待时间研究

网络时延的不确定性是网络控制系统(NCS)分析与设计面临的首要问题,目前多采用试验统计法进行研究,但该方法无法用于NCS早期设计.文中借鉴实时系统任务调度理论,针对基于CAN的NCS,采用理论分析法,对网络时延动态变化的主体-消息等待时间进行研究.首先,明确了基于CAN的NCS消息等待时间研究是一种固定优先级的非抢占式调度问题,并给出相应的模型描述;接着,对NCS关注的消息最差情况等待时间,分别确定了连续调度和离散调度两类计算公式;最后,通过具体算例,分析和对比了两类公式的优缺点.研究表明,理论分析法简单、可行,可用于NCS早期设计,为后续设计提供有益指导.     

网络控制系统中动态调度策略与控制器的综合设计

针对CAN网下的网络控制系统（NCS），提出一种动态闭环调度策略．通过网络监测器周期地在线获取当前的网络服务质量，估计当前可利用的网络带宽等参数，实时地调整控制系统的采样周期以适应网络中信息流的变化。将采用动态闭环调度策略的变采样周期NCS建模为一类具有参数不确定性的离散系统，研究了系统的鲁棒稳定性和控制器的设计方法．仿真结果表明所提出的综合设计方法对改善网络的运行能力和保证系统稳定性是有效的。     

遗传算法在Overlay-NCS中的应用研究

由于Internet随机、不确定的延时,不能保证基于Internet的远程网络控制系统（NCS）实时性等QoS要求,从而影响NCS稳定性。结合远程NCS数据传输的特点,利用Overlay网能改善基础网络服务QoS性能和遗传算法、模拟退火算法能优化系统Overlay网络费用的特点来保障远程NCS的可靠性。通过实验仿真结果表明,当覆盖网络负载不过大时,该策略能在满足远程NCS系统延时要求的基础上,使控制系统的覆盖网络总费用达到最小化,有助于控制系统在Internet上的部署。     

具有控制约束的网络控制系统的鲁棒H∞控制

针对具有控制约束的网络控制系统（Networked Control Systems,NCS）的特点,建立了具有外部扰动的网络控制系统模型,对其H∞性能加以分析和研究,并验证所取得的理论成果．假设具有控制约束的网络控制系统的口。控制器与执行器均为事件驱动,传感器为时间驱动,且网络诱导时延小于传感器的采样周期,然后将此类网络控制系统的广义被控对象建模为一类线性离散系统,运用Lyapunov函数和线性矩阵不等式（LMI）,导出闭环系统渐近稳定且满足给定H∞性能指标的充分条件,并给出了控制器的具体求法。得到了系统的H∞控制器存在条件及具体方法,通过设计该控制器,使具有外部扰动的网络控制系统的性能有很大的改善,通过Matlab仿真证明该控制器行之有效。     

基于模糊预测的网络控制系统研究概述

从分析网络控制系统(NCS)的基本问题入手，探讨了基于模糊和预测控制思想解决网络延时、网络拥塞、队列管理等NCS问题的途径和方法。通过对新型网络控制算法的分析，指出将模糊和预测控制技术有机结合是解决NCS问题的有效方法之一，并给出了几个有价值的研究方向。     

NCS中数据传输丢包与控制方法

解决数据包丢失是网络传输的一个基本问题,NCS中数据的丢失意味着会对控制系统的稳定性造成影响.本文研究了网络控制系统中单包丢弃和多包丢弃的现象和描述方法,分析了一种实用的补偿与控制方法.本研究可以看作是对NCS延时研究的一个主要补充.在NCS设计和实际使用过程中,正确对待丢包处理有时是提高系统稳定性的一种有效措施.     

一类线性网络控制系统鲁棒L1控制

研究一类网络控制系统(NCS)的L1控制问题.针对一类具有时延和丢包的网络控制系统,将其建模为线性时变时延系统,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法建立具有鲁棒L1性能约束的状态反馈控制器.首先给出闭环系统渐近稳定且具有峰—峰值性能约束的充分条件,然后给出网络控制系统状态反馈控制器L1控制率的设计方法,最...     

网络控制系统的对象建模

网络控制系统(NCS)中的被控对象是包含工业控制对象和通讯网络的广义被控对象,其模型是时变不确定的,十分复杂。在考虑了单包传输、多包传输、数据包丢失、延时、随机干扰等情况下,用一种统一的形式,建立网络控制系统的模型。对广义被控对象进行分析和建模有利于网络控制系统控制器的分析和设计。在实际工程应用中在分析了NCS网络特性基础上。皆可按该方法对广义被控对象建模,然后再进行控制器设计。     

网络控制系统的安全域研究

基于网络控制系统(networked control system,NCS)的网络空间特性,对NCS信息安全的时空特性和NCS的安全域进行了研究,在此基础上提出了一种具有自律可控性和自律可协调性的NCS安全域的新型体系结构,并对新构建的NCS安全域体系的一些关键问题进行了探讨。