中图分类：TP273

学科分类：510.80

成果类别：应用技术

成果水平：国内领先

研究起止时间：2007-06～2009-06

评价形式：鉴定

1. 成果简介 成果是在中国工程院钱清泉院士的指导下,由海南大学牵头组成的网络控制系统研究的攻关团队,经过近两年来团队成员系统和深入研究的结果。从2007年6月至2009年7月,攻关团队成员已出席美国IEEE、英国IET和国际计算机学会等权威性国际学术组织与机构主办重要国际学术会议15次,在国内外重要学术会议和专业核心期刊,发表网络控制系统的研究论文27篇 （全为EI源）,其研究成果引起了国内外同行的极大关注。 2. 成果解决的问题背景 在网络控制系统中,时延的存在严重恶化系统的控制质量,甚至导致系统不稳定。当网络延迟呈现出随机、时变与不确定性时,至今尚无较好的控制策略或补偿方法来满足控制质量要求。对网络时延的研究,已成为网络控制系统中的特别难点的问题。 3. 成果解决的关键问题 成果突破了控制算法通常只能在控制器节点中实施的传统思维模式与研究方法;巧妙地将网络时延的预估模型全部隐藏在真实的网络数据传输过程中,无需对网络时延进行测量、估计或辨识。解决了目前国内外学者对网络控制系统中,Smith预估补偿网络时延 “测不准”的难题。成果与网络协议的选择无关,为各种先进控制策略在远程复杂网络环境中的实际应用提供了一定的理论研究基础,具有重要的理论研究与工程应用推广价值。 4. 成果的研究思路 成果提出的解决网络延迟的思路不同于国内外现有的研究思路。充分把握住网络控制系统的节点通常都是智能节点这一突出特点。突破了控制算法通常只能在控制器节点中实施的传统思维模式与研究方法,巧妙地将网络时延的预估模型全部隐藏在真实的网络数据传输过程中,实现了对网络时延的实时、在线和动态补偿。 5. 成果的研究方法 成果提出的解决网络延迟的方法不同于国内外现有的研究方法。采用的是“软”改变网络控制系统结构的方法,基于现有网络控制系统的智能节点,无需再增加任何硬件成本,无需改变任何硬件结构,利用节点自带的软件足以实现其补偿功能,算法简单。 6. 新型Smith预估补偿器成果带来的优点为： （1） 无需知道网络时延的变化规律与大小,无需对网络时延进行测量、估计或辨识; （2） 降低了对节点时钟信号同步的要求,避免了对时延估计时产生的误差,避免了辨识时延耗费的节点资源的浪费; （3） 由于将反馈网络通路时延从控制系统中彻底消除,提高了网络控制系统对反馈网络通路中数据包丢失的鲁棒性; （4） 从结构上实现了与具体的网络协议选择无关,进而拓宽了其应用范围。 （5） 与传统Smith预估补偿器相比,其实现方式更为灵活。其“软”改变控制结构的实现方式更适合工程推广与应用。 可行性分析： 1.1 理论上的可行性： （1） 成果理论上可降低对节点时钟信号同步的要求; （2） 从结构上实现了对网络时延的在线、实时和动态Smith预估补偿,算法简单; （3） 对不同的网络协议,具有较好的适应性; （4） 能推广和应用到复杂网络控制系统的研究中。 1.2 现有硬件环境下实施的可行性 现有硬件制造水平的快速提升,已为网络控制系统在能源、交通、环境保护、航空航天、工业自动化及军事现代化和海洋网络通信中的广泛应用奠定了坚实的基础。 1.3 在海南岛实施的可能性 1.3.1 成果对于海南岛的建设具有现实的可行性建立一个有效的海洋网络通信与网络控制系统具有重要的战略意义,本成果对于建设该网络是有现实的可行性。 1.3.2 成果对于促进理论与实践相结合的可行性本课题以网络通信、计算机技术与自动控制理论为核心,在此基础上开展对海洋网络通信技术、网络化控制技术、智能控制等方向的理论基础和应用进行研究,以期在海南岛的海洋网络通信、文昌基地航空航天远程控制,南海舰队远洋网络控制以及海洋监测的无线传感器网络化控制系统中得到应用。 1.3.3 产学研相结合,将成果推向市场的可行性 海南大学已与中国移动卫星通信公司结成合作伙伴,并与海南新博海通科技有限公司就实施“星地一体南海渔业综合管理信息系统”的项目签订正式协议,在该项目中将用到“补偿网络控制系统随机时延的新办法”。同时,已在北部湾建有海上移动网络实验系统,为各项技术的研究提供了实验平台的保证。 1.4 在其它领域实施的可能性 除上述应用领域外,尚可推广到卫星通信,航空航天器的远程实时控制与在线监测系统,火箭姿态的网络化控制系统,电力系统的远程综合调度自动化系统,高速列车的无线网络控制系统,无人侦察飞行器的跟踪控制系统,森林防火的无人值守系统,危险场所与现代战争中的机器人控制系统,工业现场总线控制系统。例如： 石化输油管道的远程监控系统,大型炼油化工厂的过程控制系统,远程外科手术与病房现代化监控系统,楼宇管理与信息监控系统,城市交通实时流量监控系统,城市轨道交通无人驾驶系统,城市环境污染监控系统,精细农业管理系统,例如基于无线传感器网络的农业田间数据采集系统,带有CAN bus 协议的汽车智能化控制系统,配有智能节点的现代士兵和现代兵器系统,网络拥制控制系统。以及适用于实现远程节点资源共享,构成网络化控制系统的应用领域。