彭輕羽 汪玉堯

摘要：由于延遲問題的發(fā)生，降低了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的效果?；诖吮疚膶W(wǎng)絡控制系統(tǒng)的最優(yōu)通信和控制協(xié)同進行設計研究，在研究的過程中涉及到了總線的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，在設計過程中結(jié)合了通信協(xié)同內(nèi)容。并且結(jié)合研究背景對網(wǎng)絡控制系統(tǒng)進行闡述，對于總線而言，主要針對以下三個方面進行研究：協(xié)議組成、技術特點和優(yōu)勢。對于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)而言，通信協(xié)同設計需要初步設定，并且在設定過程中還應考慮液位控制系統(tǒng)的影響因素，液位系統(tǒng)容易引起網(wǎng)絡延時，基于此針對上述情況，對網(wǎng)絡延時特點進行總結(jié)，并且以此建立出力模型。針對各類延時問題，給予具有針對性的解決措施，尤其對信息傳輸進行優(yōu)化，并且結(jié)合實際情況對預估器進行補償，從而使其適應控制器，同時也體現(xiàn)出了協(xié)同設計的作用和思想。

關鍵詞：網(wǎng)絡控制系統(tǒng);最優(yōu)通信;協(xié)同設計

引言：在上世紀九十年代，工業(yè)控制領域發(fā)生了變革，主要針對工業(yè)控制技術進行優(yōu)化完善。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)主要包括幾個重點內(nèi)容，首先是傳感器和執(zhí)行器，其次是控制單元。通過計算機網(wǎng)絡將以上內(nèi)容進行結(jié)合，并且在結(jié)合過程中控制總線閉環(huán)接入，使其能夠共同完成工作任務，并且將工作任務反饋給控制系統(tǒng)。在此過程中NCS系統(tǒng)可以結(jié)合共享功能對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化完善，并且結(jié)合特點對控制系統(tǒng)進行設計，此項工作具有一定挑戰(zhàn)性。在設計過程中主要的開銷如下：信道競爭、物理信號編碼、通信協(xié)議處理等等，都是額外開銷較大的內(nèi)容，所以在對系統(tǒng)進行優(yōu)化的過程中會出現(xiàn)各類不可確定因素的影響，尤其是在控制器和傳感器方面，影響因素較多。影響較為明顯的因素為：網(wǎng)絡延時和錯誤代碼，此兩類問題給設計工作帶來了一定的難度。

一、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)容易出現(xiàn)的問題

傳統(tǒng)意義上控制系統(tǒng)所研究的內(nèi)容是點對點的連接問題，實際上就是控制器與被控制之間的關聯(lián)，通過設計內(nèi)容優(yōu)化延時問題，降低延時問題發(fā)生的概率。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)研究的最終目的是對信息的網(wǎng)絡傳輸，通過過程中各類部件進行傳輸工作，并且降低傳輸過程中出現(xiàn)延時問題。因其網(wǎng)絡存在各類不確定影響因素，所以對于網(wǎng)絡控制器的執(zhí)行工作很難進行控制，整體控制難度較大，并且在控制的過程中會出現(xiàn)延時問題，加大了控制難度。此類內(nèi)容與傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡相比較有一定差距，因其被廣泛使用，所以網(wǎng)絡中的介質(zhì)較多，提高了整體控制工作的復雜度。主要的問題內(nèi)容如下：首先是網(wǎng)絡客戶的數(shù)量較多，由于網(wǎng)絡客戶共享通信介質(zhì)角度，并且變化不可控，并且整體變化不具備一定規(guī)則，為后續(xù)控制工作加大了難度。其次是數(shù)據(jù)的傳輸途徑較多，有計算機終端也有通信設備終端，具體內(nèi)容不固定。最后是數(shù)據(jù)單元在傳輸?shù)倪^程中會根據(jù)網(wǎng)絡情況形成不同的影響因素，比如說連接中斷或者是數(shù)據(jù)包丟失情況，整體控制難度較大，并且由于網(wǎng)絡不可控因素較多，所產(chǎn)生的問題也具有一定差異性。綜上所述，我們不難看出網(wǎng)絡傳輸一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)下，并且每一個動態(tài)所處的環(huán)境也具有一定差異。所以閉環(huán)反饋系統(tǒng)和非線性反饋控制系統(tǒng)具有一定復雜性，在此過程中加之延時問題的不可控性，對整體工作造成了嚴重影響，并且有一定不確定關系。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在工作過程中需要結(jié)合線性能力進行支持，才可更好的為其工作提供動力，在此過程中如果線性能力不能滿足實際工作需求，則降低了整體網(wǎng)絡環(huán)境，為了能夠維持良好的系統(tǒng)性能，相關設計人員需要確保設計的科學性和穩(wěn)定性，在規(guī)定時間內(nèi)還需對設計內(nèi)容進行調(diào)整，制定一系列的設計準則，完善設計內(nèi)容。

二、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的最優(yōu)通信和控制的協(xié)同設計

（一）單主站系統(tǒng)網(wǎng)絡延時的“1-n”模型

首先是高級優(yōu)先任務的設定，此任務主要包括了主站和底層傳感器之間的任務內(nèi)容，需要二者任務互相交換，并且要求二者按照規(guī)定周期進行工作。在控制方面需要滿足高級任務需求，主要針對實時性進行研究，具體工作內(nèi)容需要高級任務進行最大傳送。

其次是低優(yōu)先級任務的設定：低級任務需要結(jié)合邏輯環(huán)節(jié)進行網(wǎng)絡設定，主要對任務進行維護，此類任務無需按照周期性進行工作。

再次是延遲令牌的設定：延遲令牌需要在主站中進行獲得，并且在獲得過程中以TRR>TTR代明。在延遲令牌的情況下，主站僅只可以處理一個高級任務，后續(xù)不可在進行其他任務的工作，所以延遲令牌主要依托于高級任務的工作模式。溢出主要指的是超出時間的預算被稱之為益處，指一項工作未按照工作時間內(nèi)完成，我們可以稱之為溢出。臨界瞬時實際上是對任務的最大限制時間進行請求，主要針對于高級任務，并且還需滿足相應周期，結(jié)合隊列形式進行時刻的記錄。

最后是初始阻塞，初始阻塞指的是在臨界點發(fā)出的請求，并且等待請求的時間被稱之為阻塞時間。而臨界負載指的是在瞬間內(nèi)發(fā)生問題，被處理時所間隔的時間被稱之為臨界負載。實際上臨界負載也可以被稱之為一個特定的時間值。比如說評估時所需時間為Rc，在進行設計的過程中就需要考慮臨界瞬時時刻，或者對初始阻塞進行考慮，以此完善設計的流暢性和合理性，以上兩個內(nèi)容會直接導致時常問題，所以基于此需要對此項內(nèi)容進行嚴格控制。初始阻塞也可以分為最長初始阻塞，最長初始阻塞主要是第一次報文請求到最終延時時長的距離。同時還有最長臨界負載，主要指的是獲取令牌的最長時間[1]。

（二）自適應模糊Smith控制器

在網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中，針對網(wǎng)絡延時的不確定性，需要結(jié)合間隔時長進行設計，降低紊亂問題發(fā)生的概率，此過程還會造成相位的滯后問題，如果情節(jié)嚴重會影響整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以在此內(nèi)容的基礎之上需要對計算機主站系統(tǒng)進行最大傳輸延時設置，主要針對模糊控制器進行補償，以此優(yōu)化延時所帶來的問題，比如說反饋和控制信號的滯后。以此保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低影響因素帶來的危害，并且完善整體系統(tǒng)的工作質(zhì)量[2]。

結(jié)論：綜上所述，隨著科技的發(fā)達，計算機技術的不斷普及，網(wǎng)絡具備了復雜性的特點，并且在此過程中延時問題極為突出，為了改善此類問題的發(fā)生，對以上系統(tǒng)進行設計，以此滿足實際需求。

參考文獻：

[1]杜明莉，周川，陳慶偉.具有通信約束的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度與H_∞控制協(xié)同設計[J].控制理論與應用，2019，29（09）：1132-1138.

[2]杜明莉，周川，陳慶偉.具有通信約束的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度與狀態(tài)反饋控制的協(xié)同設計[A].中國自動化學會智能自動化專業(yè)委員會：中國自動化學會智能自動化專業(yè)委員會，2019：6.

作者簡介：

彭輕羽（1995年5月-），男，漢族，浙江杭州人，碩士研究生，研究方向：從事通信網(wǎng)絡與優(yōu)化控制方面的研究。