A p
+B p
D c
C
p
Bc C p
BpCc
Ac
A 12
B p
D c
Bc
Bp
0
A 21
Cp
0
0
C
A 22
Cp
0
0
C
A12
15.4.3 离散系统模型
Ray等人[9]基于各节点均采用时间驱动方式提出了一种增广的 确定性离散系统模型。
第十五章 网络控制系统
15.4.3 离散系统模型 Ray等人[9]基于各节点均采用时间驱动方式提出了一种增广
时序差错和数据包丢失等现象。
，
第十五章 网络控制系统
，
， 15.4.2 连续系统模型
。 连续型NCSs系统模型是指将网络控制系统看成一个连续系统进 行分析与设计。系统的动力学模型可以表示为
其中
z&(t)
x&(t ) e&(t )
A11 A21
A12 x(t) A22 e(t)
A 11
第十五章 网络控制系统
高层控制器
第一层 网络
控制器1
控制器2
控制器k
第二层 网络
执行器1
执行器m
传感器1
传感器n
对象
网络控制系统的结构图
第十五章 网络控制系统
15.2 网络控制系统概念和结构
马里兰大学的学者G. C. Walsh在其论文中最早提及网络控制 系统“networked control systems”[2]，但是未给出NCSs的 明确定义。通常认为NCSs是指某个区域现场所有传感器、
15.4 网络控制系统模型 15.4.1 NCSs中的基本假设
由于网络的引入，使得控制系统的分析变得非常复杂，并往 往造成控制系统定常性、完整性、因果性和确定性的丧失 等[7]。
第十五章 网络控制系统
针对网络中的可变因素，同时也是NCSs建模的主要参数，已 有的假设主要集中在以下几方面：
①关于驱动方式的假设 假设传感器都是采用时间驱动方式，采样周期为 ，执行器和
传感器
k 3
k 2
k 1
k
k 1
控制器
执行器
NCSs中数据流程模型
thk ,thk1,...,t0k ,tk1
第十五章 网络控制系统
15.3.3 NCSs的节点驱动方式 NCSs中各节点的工作方式可以分为时间驱动 (time-driven) 和
事件驱动 (event-driven)两种。以控制器为例，所谓时间驱 动的工作方式是指控制器在时钟的作用下定时从等待队列 中取得反馈的采样信号，然后开始执行控制算法，产生决 策信息发送给执行器。而事件驱动即用事件“反馈信号到 达”，来驱动控制器执行控制算法产生决策信息。同样在 执行器结点也存在不同的驱动方式。与控制器和执行器不 同的是，传感器节点通常采用定长时间采样。
广泛应用。对网络系统的研究最早始于20世纪50年代，如随机 图ER模型等。随着国际标准化组织的开放系统互连基本参考模 型，即通常提到的七层协议(1977)问世以来，第三代的计算机 网络得到了学术界的广泛关注。该网络使用户能共享其中的大 多数硬、软件和数据资源、减少计算机的负荷，提高网络的可 靠性并使得计算机具有可扩展性和可换性。在无尺度网络模型 的引入和小世界模型的基础上，有关复杂网络的研究得到了进 一步深入。比如，通信网络、计算机网络、电力网、供水网、 食品供应网、交通网、银行金融系统、油管输网、输气管网、 输油管网以及控制网络等大量实际复杂网络中都含有无尺度以 及小世界的特性。目前，复杂网络已经在生物学、社会学和计 算机科学等相关领域中发挥了举足轻重的作用。李伯虎院士 (2008)提出的云计算概念进一步丰富了复杂网络的应用，云计 算将计算任务全部交给网络化的仿真平台，用户通过终端很难 感觉到网络化仿真平台的存在，仿佛在云雾中一样，故取名云 计算。
控制器以及执行器和通信网络全体的集合，为各种设备之
间的互联提供数据传输，使得该区域内不同地点的用户实
现协调操作及资源共享，是一种网络化实时和全分布式的
反馈系统。
TLeabharlann 执行器对象传感器
ca
网络
sc
控制器
网络控制系统的框参考图输入
第十五章 网络控制系统
网络给NCSs带来的关键问题有： ①执行器响应时刻和时延采样时刻之间存在不可忽略的滞后。 ②在某一时刻间隔内存在的数据时序抖动。 ③数据丢包。 一．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，
第十五章 网络控制系统
目录 15.1 网络控制系统概述 15.2 网络控制系统概念和结构 15.3 网络控制系统的时序 15.4 网络控制系统模型 15.5 通信约束下的网络控制系统稳定性分析 15.6 网络控制系统控制器设计
第十五章 网络控制系统
15.1 网络控制系统概述 21世纪是一个网络化的时代，网络的普遍性决定了其在生活中的
然后进一步考虑网络影响来分析闭环NCSs的系统性能。涉 及的主要方法有： 1） 网络摄动法[2]。 2) Lyapunov-Krasovskii方法[3-6]。 3) 其他方法。
第十五章 网络控制系统
二．主动分析方法 主动分析方法在考虑网络对NCSs影响的基础上进行，进而讨
论相应的系统分析以及控制器设计等问题。显然，与被动 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，因而所得分析结果的保守性 更小，控制策略也更为合理。 主要的主动设计方法有： 1) 时延整形法[9]。 2) 多模型控制法[10]。 3) 随机控制方法[11]。 4) Lyapunov-Krasovskii方法[7, 13]。 5) 切换控制方法[14]。 6) 预测控制方法[15]。 7) 其他控制算法[16]。
控制器存在时间和事件两种不同驱动方式的组合。 ②关于传输时延 的假设 时滞 为常数、随机分布或符合某确定分布。 和 满足 或 。 ③关于NCSs数据传输的假设 在NCSs中传输的每一数据包都是一个完整的数据，或者一个
完整的数据被分成多个数据包，即单包和多包传输问题。 ④数据单元在传输中由于网络阻塞、连接中断等原因会导致
第十五章 网络控制系统
15.3 网络控制系统的时序
15.3.1 采样速率分析
NCSs中采样速率由采样周期间隔以及数据的产生速率决定， 因此和网络的服务质量QoS(quality of service)有一定的关系。
①数据产生速率
②采样周期
15.3.2 延迟与抖动分析
网络化控制系统中的延迟与抖动如图所示