Сетевая система управления

Сетевая система управления ( NCS ) – это система управления , в которой контуры управления замкнуты через сеть связи . Определяющей особенностью NCS является то, что сигналы управления и обратной связи обмениваются между компонентами системы в виде информационных пакетов через сеть.

Обзор

Функциональность типичной NCS определяется использованием четырех основных элементов:

1. Датчики , для получения информации,
2. Контролеры , обеспечивающие решения и команды,
3. Исполнительные механизмы для выполнения команд управления и
4. Сеть связи , обеспечивающая обмен информацией.

Наиболее важной особенностью НКС является то, что она соединяет киберпространство с физическим пространством, позволяя выполнять несколько задач на большом расстоянии. Кроме того, NCS устраняют ненужную проводку, снижая сложность и общую стоимость проектирования и внедрения систем управления. Их также можно легко модифицировать или модернизировать путем добавления к ним датчиков, исполнительных механизмов и контроллеров с относительно низкой стоимостью и без серьезных изменений в их структуре. Более того, благодаря эффективному обмену данными между своими контроллерами NCS могут легко объединять глобальную информацию для принятия разумных решений в больших физических пространствах.

Их потенциальные применения многочисленны и охватывают широкий спектр отраслей, таких как исследование космоса и Земли, доступ в опасных средах, автоматизация производства, удаленная диагностика и устранение неисправностей, экспериментальные установки, домашние роботы, самолеты, автомобили, мониторинг производственных предприятий, дома престарелых и т. д. телеоперации. Хотя потенциальные применения NCS многочисленны, проверенных приложений немного, и реальная возможность в области NCS заключается в разработке реальных приложений, которые реализуют потенциал этой области.

Виды сетей связи

• Полевые шины , например CAN, LON и т. д.
• IP/ Ethernet
• Беспроводные сети, например Bluetooth , Zigbee и Z-Wave . термин «беспроводная сетевая система управления» (WNCS). В этой связи часто используется

Проблемы и решения

концепция iSpace

Появление и развитие Интернета в сочетании с преимуществами, предоставляемыми NCS, привлекли интерес исследователей по всему миру. Наряду с преимуществами возникло и несколько проблем, породивших множество важных тем исследований. Новые стратегии управления, кинематика исполнительных механизмов в системах, надежность и безопасность связи, распределение полосы пропускания, разработка протоколов передачи данных, соответствующие стратегии обнаружения неисправностей и отказоустойчивого управления, сбор информации в реальном времени и эффективная обработка данных датчиков — вот лишь некоторые из них. соответствующие темы изучаются углубленно.

Включение сети связи в контур управления с обратной связью затрудняет анализ и проектирование комплекса СУЗ, поскольку накладывает дополнительные временные задержки в контурах управления или возможность потери пакетов. В зависимости от приложения временные задержки могут привести к серьезному снижению производительности системы.

Чтобы смягчить эффект временной задержки, Y. Tipsuwan и MY. Чоу из лаборатории ADAC в Университете штата Северная Каролина предложил методологию промежуточного программного обеспечения планировщика усиления (GSM) и применил ее в iSpace. С. Мунир и У. Дж. Бук (Технологический институт Джорджии) использовали предсказатель Смита , фильтр Калмана и регулятор энергии для выполнения телеопераций через Интернет.

К.К. Ли, С. Ли и Х. Х. Ли использовали генетический алгоритм для разработки контроллера, используемого в NCS. Многие другие исследователи предлагали решения, используя концепции из нескольких областей управления, таких как устойчивое управление, оптимальное стохастическое управление , управление с прогнозированием модели, нечеткая логика и т. д.

Наиболее важным и важным вопросом проектирования распределенных СКС с последовательно возрастающей сложностью является соблюдение требований по надежности и надежности системы, гарантируя при этом высокую производительность системы в широком рабочем диапазоне. В связи с этим все больше и больше внимания уделяется сетевым методам обнаружения и диагностики неисправностей, которые необходимы для мониторинга производительности системы.

Дальнейшее чтение

• Д. Христо-Варсакелис и В.С. Левин (ред.): Справочник по сетевым и встроенным системам управления, 2005. ISBN   0-8176-3239-5 .
• Эспанья, Япония; Нахштабризи, П.; Сюй, Ю. (2007). «Обзор последних результатов в сетевых системах управления». Труды IEEE . 95 (1): 138–162. CiteSeerX   10.1.1.112.3798 . дои : 10.1109/JPROC.2006.887288 . S2CID   5660618 .
• Кеведо, Делавэр; Нешич, Д. (2012). «Надежная устойчивость пакетного прогнозирующего управления нелинейными системами с возмущениями и марковскими потерями пакетов» (PDF) . Автоматика . 48 (8): 1803–1811. дои : 10.1016/j.automatica.2012.05.046 . hdl : 1959.13/933538 .
• Пин, Г.; Паризини, Т. (2011). «Сетевое прогнозирующее управление неопределенными нелинейными системами с ограничениями: рекурсивная осуществимость и анализ стабильности ввода в состояние». Транзакции IEEE при автоматическом управлении . 56 (1): 72–87. дои : 10.1109/TAC.2010.2051091 . hdl : 10044/1/15547 . S2CID   14365396 .
• С. Татиконда, Управление в условиях коммуникационных ограничений, докторская диссертация Массачусетского технологического института, 2000. http://dspace.mit.edu/bitstream/1721.1/16755/1/48245028.pdf.
• О. Имер, Оптимальное оценивание и управление в условиях ограничений сети связи, UIUC Ph.D. диссертация, 2005. http://decision.csl.uiuc.edu/~imer/phdsmallfont.pdf.
• Ю. К. Ван, Х. Е и Г. З. Ван. Обнаружение неисправностей NCS на основе собственного разложения, адаптивной оценки и адаптивного порога. Международный журнал контроля , том. 80, нет. 12, стр. 1903–1911, 2007.
• М. Месбахи и М. Эгерстедт. Теоретико-графовые методы в мультиагентных сетях, Princeton University Press, 2010. ISBN   978-1-4008-3535-5 . https://sites.google.com/site/mesbahiegerstedt/home
• Мартинс, Северная Каролина; Дале, Массачусетс; Элиа, Н. (2006). «Стабилизация неопределенных систем с помощью обратной связи при наличии прямой связи». Транзакции IEEE при автоматическом управлении . 51 (3): 438–447. дои : 10.1109/tac.2006.871940 . S2CID   620399 .
• Махаджан, А.; Мартинс, Северная Каролина; Ротковиц, MC; Юксель С. «Информационные структуры в оптимальном децентрализованном управлении». Материалы конференции IEEE по принятию решений и управлению . 2012 : 1291–1306.
• Донг, Дж.; Ким, Дж. (2012). «Метод обратной связи по выходу на основе марковской цепи для стабилизации сетевых систем управления со случайными временными задержками и потерями пакетов». Международный журнал управления, автоматизации и систем . 10 (5): 1013–1022. дои : 10.1007/s12555-012-0519-x . S2CID   16994214 .

Внешние ссылки

• Лаборатория автоматизации и контроля расширенной диагностики (НЦГУ)
• Структура совместного проектирования для интеграции связи, управления, вычислений и управления энергопотреблением в сетевых системах управления (проект FeedNetback)