第1章　绪论

1.1　引言

反馈控制系统的稳定性和性能研究一直是控制领域的两大主要研究内容。控制理论首要解决的问题是针对给定的被控对象设计合适的反馈控制器，使得闭环系统稳定，这是一种定性的判定。其次，在反馈控制系统稳定的前提下，分析、探讨系统的相关性能，这是一种定量的分析。传统的基于点对点连接方式的控制系统存在着可靠性差、成本高、故障诊断和维护难等诸多弊端，难以满足人们对控制系统应用的需求。随着计算机、电子和网络通信技术的不断进步和飞速发展，网络化控制系统（Networked Control Systems，NCS）应运而生[1-10]。网络化控制系统是指将各个地理位置的传感器、控制器和执行器等设备通过通信网络连接起来而形成的空间分布式实时反馈闭环控制系统[11-13]。网络化控制系统也可以看作相关通信信道和经典控制系统的组合体。网络化控制系统具有维护与扩展简单、可靠性和效率高、灵活性强等诸多优点，能有效降低系统的复杂度和开发成本[14-16]，是未来控制系统发展的方向。在过去十年中，网络化控制系统得到飞速发展及广泛应用，已经渗透到工业、经济、航空、军事及日常生产生活的方方面面。这种情况仍将持续，并有加快发展的趋势。可以预言，未来的几十年里，网络化控制系统将得到更为广泛的应用，并将有力地推动和影响控制理论与计算机网络技术的进一步发展。

网络化控制系统作为特殊的一类控制系统，其研究的问题与经典控制系统类似，即系统的稳定性和系统性能，也是网络化控制系统研究的两大根本问题。目前，对网络化控制系统的研究大多集中在网络的建模，以及存在通道带宽约束、信道能量受限、量化干扰、数据丢包、网络噪声、数据传输率受限、网络通信时延等网络因素情况下网络化控制系统的稳定性研究方面，并已取得了丰硕的研究成果[17-32]。但从实际应用的角度来看，仅仅保证控制系统的稳定是远远不够的，在稳定的基础上，还应该考虑控制系统具有怎样的性能。本书侧重于针对网络化控制系统的性能进行研究。目前国内外对于控制系统性能的研究，主要集中于不带网络的经典控制系统的研究，而对网络化控制系统性能的研究，特别是对网络化控制系统性能极限方面的研究，还处于初步阶段。目前，大多考虑在具有某些特殊情况下的网络因素，很多时候还会对被控对象做出特殊化的假设，并且在处理网络因素的过程中采用比较理想的模型，得到的结果未能很好地揭示网络基本通信参量与系统性能的内在联系。因此，对网络化控制系统的性能研究还有很多空白，值得进一步拓展思路，考虑更实际的网络模型，展开深入的研究。