通过实时网络构成的闭环反馈控制系统,被称为网络控制系统(Networked control systems,简称NCSs)。传统控制的点对点通讯方式已经不能适应某些新的要求,基于网络控制系统正在取代这种方式的控制系统。NCS具有可以实现资源共享,利于安装与维护、诊断能力高以及系统的灵活性和可靠性较强等优点,因此受到了人们的广泛关注。 由于将通讯网络引入控制系统使系统的分析和设计变得复杂。当网络控制系统各个组件进行数据交换时,由于网络的承载能力有限和通信带宽的限制,必然会造成信息的碰撞、重传等现象的发生,存在通讯延时。这将是导致系统不稳定的一个重要因素。同时,受到数据包容量的限制,在网络控制系统中多包传输是不可避免的。作为系统分析和设计的基础,对网络控制系统建立合适的模型,意义尤显重要。 基于上述考虑,本文主要研究了在延时大于一个采样周期和系统噪声的存在情况下,建立了网络控制系统的模型。同时,针对由于网络引入控制系统后出现网络诱导延时情况下,采用滑模变结构控制的方法,设计出性能较好的控制器。首先,介绍了网络控制系统的概念和特点、网络诱导延时的产生和影响,以及网络控制系统目前的研究现状;其次,在考虑系统噪声和延时可以大于一个采样周期的情况下,提出了单包传输和多包传输的网络控制系统的模型。在系统中,传感器节点采用时间驱动方式,控制器和执行器节点采用事件驱动方式;然后,采用了滑模变结构控制的方法来解决系统状态延时(即传感器到控制器)问题,对状态延时系统提出了一种补偿策略,根据这种方法设计出的滑模控制器对参数摄动和外部干扰具有鲁棒性,从而保证了网络控制系统的鲁棒稳定性。同时,针对网络控制系统中传感器到控制器延时和控制器到执行器的延时问题,设计出了性能较好的滑模变结构预估控制器。最后,展望了网络控制系统理论的发展前景,并指出了今后的研究方向。