不确定时延网络控制系统的建模与稳定性研究

1、    不确定时延网络控制系统的建模与稳定性研究    李恒 张建 陈黎明 王亚宁摘要：自从控制系统中有了网络的介入，网络传输的网络限制、资源竞争都会影响网络控制系统的稳定性，这就增加了控制系统的复杂性和不稳定性。为了保证系统的数据传输和控制信息传输的时延稳定，本篇论文将对网络控制系统进行深入分析和研究。关键词：网络控制系统;不确定时延;建模;稳定性研究引言现有的网络控制系统分别由传感器、控制器、执行器通过互联网组成的控制系统，因为该系统里既包含互联网技术又包含控制技术，正因为它的复杂性，所以它的稳定性问题就很难处理的。网络控制系统的工作原理就是通过网络

2、数据将传感器的数据传送给控制器，控制器再传输给执行器进行执行，通过网络通信技术达到系统的整体性。但是因为网络环境的因素，经常会出现数据异常导致的网络延时使系统出错。这篇论文就将对不确定延时的网络控制系统进行稳定性分析。1网络控制系统的概述网络控制系统起源于1980年左右，在当时工业化的大环境下，ray等人通过对集成通信控制系统研究发展出的网络控制系统。该系统一经发布就被迅速应用于国防军事、工业生产等需要远程控制的领域。而我国的网络控制系统起步较晚，不过发展却很迅速，很快将其应用于工业控制领域。网络控制系统有两种结构：径直结构和分层机构，径直结构是通过将数据信息通过网络数据由传输器传到控制器，控

3、制器可以是多个，然后控制器下达指令由执行器执行;分层结构里，传输器将控制信息转变为信号传输到远程系统，远程系统根据信号分析返回给传输器，传输器再传输给控制器，这个比分层需要更长的周期。随着互联网技术的发展，网络控制系统在需要控制工程的工业上使用越广泛，面对大量的信息数据，系统应该如何采集和处理都是现代网络控制系统要面对的挑战，ncs（网络控制系统）可以通过是实现网络数据传输和测量各种信息，它对数据的采集和分析相对比传统控制系统相比更精确和高效率，如果使用无线传感网络技术，该系统的传输范围还有进一步的提升。简而言之，网络的介入让控制系统由传统向更大范围、更复杂的控制系统发展，给控制系统带来了革命

4、性的创新。2影响网络控制系统稳定的因素互联网中的宽带限制、网络的拥挤都会导致控制系统的不稳定，尤其是无线网络的干扰性更大，会因为磁场的改变而被影响。网络控制系统的复杂性分为外部因素和内部因素，内部因素就是因为不同的网络硬件导致的网络传输有差异，尽管有着各种干扰，但是控制系统的严密性不允许在传输过程中存在数据丢失。因此要对控制系统的稳定做出变革，先就影响网络控制系统的不稳定因素进行分析：（1）在系统的使用中用户的数据流量变化不规律;（2）网络的宽带存在限制，导致传输设备在传输数据时效率不稳定;（3）由于在网络中算法存在差异，在传输设备遇到数据规模太大时会存在网络数据匮乏传输不稳定。因此，在实际的

5、网络控制系统里，信息的传输机器依赖网络硬件：设备的好坏、宽带的网速、网络设备的算法和相应软件的优秀与否。因为网络环境的复杂就导致控制网络的稳定是一项十分艰巨的任务，首先了解网络数据传输的特性，对症下药对网络控制系统的设计分析深入研究，保证系统的数据传送达到稳定。3网络控制系统中的基本问题和控制方案3.1基本问题网络控制系统在信息传输过程会遇到很多问题，基本问题有以下几类：网络时延、网络调度、单包与多包传输、网络掉包等等。因为这篇论文主要讨论网络时延，我们就其进行分類和分析，并且建模求解。在具有网络时延的控制系统，我们进行分析。网络时延主要存在于系统里的网络前向通道和网络后向通道（就是各个传输器

6、、控制器、执行器之间的变送器之间的通道），网络通道之间的时延其实是很微小的，但是因为控制系统的严密和准确性。就这点对控制系统的影响需要研究和克服。首先，网络控制里包含控制器、网络通道、执行器、执行对象、传感器，对它进行研究需要现代计算机知识支持，上面我们提到了导致网络延时的因素，我们在这对延时进行分类（1）短时延网络控制是由于短时延网络导致的;（2）如果数据在过渡设备里等待时机大大延长，导致数据的信息传递时间大于数据的采集时间，这就是长时延网络控制。采集数据在传输过程中以及数据处理上就存在网络时延，通道时延往往由于在控制系统里，数据传输时间在各节点竞争资源所占用的时间称为期间时延，期间时延就是

7、网络时延的一部分组成。网络时延存在这种时延导致系统对象变得特别复杂，ncs存在的多种时延，这些各种时延由于网络硬件和数据传输的不稳定，它们的不稳定性是随机的，我们对解决网络时延的控制系统从以下几个方面：将数据包的延时和丢失作为控制策略的主要参考，目的就是减少因为网络延时对控制系统的影响，保证系统的稳定;网络跟随其原理就是基于不同的执行对象要对网络实时性要求不同。3.2控制方案对于不确定时延网络控制系统的研究，如20世纪raya等人关于集成iccs的早期研究，这个可以看作是网络控制系统的研究原型，是他们先提出了网络控制系统的建模思想，对于网络控制系统的研究，可以有两条途径：通过增强网络信号降低网络时延时间;将时延当作参数建模应用数学知识进行解决。网络时延可以通过相关专业知识进行解决，将网络控制系统中的诱导时延始终保持在采样的最高频率下，这是基于时延必须在一定范围内的基础完成，对网络控制系统的稳定性做定量分析，可以把对象看作是连续的，将传输的数据信号当作离散时间进行定性分析