1.4 网络控制系统及其研究现状

前面我们从网络的拓扑结构、控制方法等不同角度，运用图论和控制理论对复杂网络整体的动力同步行为进行分析，下面我们将从另一个角度，针对具体的各个节点间信息传输通过通信网络代替传统的点对点式的连接方式构成的闭环控制系统，即我们通常所说的网络控制系统（Networked Control Systems，简称为NCS）的建模及控制的研究方法和现状加以概述。

NCS的研究起始于20世纪80年代末Ray A．等人对集成通信控制系统（In-tegrated Communication and Control Systems）的研究，它可以被看作是现在的网络控制系统的雏形。1998年，马里兰大学的Walsh等人在其论著中用图示方法说明了NCS的结构，并给出网络控制系统的概念。20世纪90年代，网络环境下的新型控制系统迅速发展，越来越多地应用于国防、航空航天、设备制造、过程控制、远程控制兵器系统、远程医疗、机器人遥操作、远程教学和试验、现场总线和工业Ethernet技术、控制教育领域、建筑自动化、家庭自动化、智能汽车系统、移动传感器网络及经济管理等复杂工业控制领域，掀起了NCS的研究热潮，NCS也因此成为国际控制理论界的一个学术热点问题。近年来，《IEEE Systems Magazine》《IEEE Trans Automatic Control》《IFAC》《Automatica》和《自动化学报》等刊物相继出版了网络控制系统研究方面的专刊，每年国内外重要的学术会议也会发布大量的网络控制方面的研究报告，国内外关于NCS方面的专著也有很多。

与传统控制系统相比较，网络控制系统有很多传统控制系统所不可比拟的优点。例如，网络控制系统易于安装和维修，易于故障诊断，易于系统扩展，能有效提高系统的可靠性，降低运行成本和维护费用等。但同时由于网络的引入，系统中的数据传输不可避免地存在着网络诱导时延、数据包丢失、数据包时序错乱等问题，从而导致系统性能下降甚至系统不稳定。网络控制系统研究的对象包括：线性定常、线性时变和非线性，模型分为连续型、离散型和混合型。系统的分析和设计方法的理论包括：随机控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制、模糊控制、预测控制、切换控制、混沌控制等。