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、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，将网络宽带的分析引进这个系统保持其稳定性。

4结束语

本文就网络控制系统的不确定延时进行分析与研究，并且阐述了网络控制系统的工作原理和不确定延时产生的原理，提出针对不同的网络环境，怎么解决网络延时对控制系统影响。