2  多电机网络控制系统基本问题研究

2。1  网络控制系统介绍

网络控制系统（NCS）是由传感器、控制器和执行器等组成并通过通信网络形成闭环的控制系统。

图2。1  网络控制系统结构图

由图可以看出，网络控制系统的传感器、执行器和控制器离散的分布在广阔的空间之中，这是它与分布式控制系统最大的区别，网络控制系统的内部的信息交流是通过控制网络完成的。相对于传统控制系统，网络控制系统有几大优点：

（1）结构网络化：网络结构体系化是网络控制系统最主要的优点，在其发展过程中形成了诸如总线型、星型、树型等拓扑结构，在稳定性上比传统的分层控制更具有优越的性能。

（2）节点智能化：带有各自控制器的智能化节点之问通过控制网络实现信息交流和功能协调。每个节点是一个子系统，可以自己独立控制。

（3）控制现场化和功能分散化：原先由中央控制器完成的任务在网络控制系统下全部放到智能化现场控制设备上运行，极大程度上减少了危险性，进而提高了系统的可靠性和安全性。

（4）系统开放化和产品集成化：网络控制系统的开发要遵循一定规则，虽然它的开放性非常强，只要在这个同一个标准的基础上，不同厂商研发的产品可以互操作相和集成。

2。2  多电机网络控制系统问题分析

（1）多电机网络控制系统中，数据信息传输会有时延现象，即网络诱导时延。网络诱导时延的存在导致数据信息无法及时传递，出现滞后现象。进而导致系统稳定性下降，动态性能受到影响，严重会导致控制系统崩溃。

在本文建立的多电机网络控制系统中，在网络环境下对多电机进行分布式控制，每个电机的控制器、执行器和传感器组成一个子系统。子系统内部传感器与控制器、控制器与执行器之间存在时延。此时延是动态变化的，是网络固有的特性，无法消除。本文通过模糊自适应控制，对控制参数进行动态调整来改善时延的负面影响。

（2）数据信息调度也是多电机网络控制系统要解决的重要问题之一。多电机网络控制系统与传统多电机系统的一个主要区别在于多电机网络控制系统的实时性要求高，要尽可能减少网络信息数据传输的冲突，从而满足控制系统的要求。本文建立的多电机网络控制系统，各个子系统内部以及子系统之间均会产生网络资源分配问题，节点数多于一般的网络控制系统，而且在有网络时延、丢包和负载扰动的情况下，静态调度算法满足不了系统要求，因此采用动态调度来解决网络资源的分配问题。

（3）多电机网络控制系统数据信息量大，节点多，数据包丢失的可能性也在相应增加。例如传感器采集回来的数据信息如果丢失，如果不采取任何措施，将造成控制量的突变，系统的稳定性难以保证。针对数据包丢失的情况，本文采用沿用上一次历史数据的方法来估计本次的数据，较少数据包丢失的影响。

（4）多电机网络控制系统不同于以往单电机的控制，除了控制算法还需要设计控制结构。控制结构的选择对于多电机的同步性能至关重要，决定着多电机之间信息交流的紧密程度。最简单的方法是同给定输入。同给定输入实现简单，但电机之间没有实现信息的交流，同步效果差。常用的还有交叉耦合结构，交叉耦合结构电机之间信息交流紧密，同步性能好。但随着电机数量增加其结构复杂程度和数据的运算量急剧增大，不易实现。为在同步性能和复杂度上取得平衡，本文采用适合多电机控制的环形耦合结构，环形耦合结构不仅实现了电机之间的信息交流，同步性能好，而且复杂度不随着电机增多而增大。文献综述