常用的现场总线5个工业网络系统的感知-传输-控制一体化挑战与进展

工业网络系统是融合自动控制技术、计算机技术和通信网络技术的动态系统。通过网络实现了信息系统与工业物理过程的协同,达到生产最优化、流程最简化、效率最大化,对促进工业制造数字化、网络化和智能化发展至关重要。

集泛在感知、适变传输和协同控制等功能为一体,具有结构网络化、高效控制现场分散性等优点,是实现工业信息物理系统智能互联核心。然而,感知-通信-控制一体设计面临资源受限异构终端难以融合、高时间确定性与传输可靠性的复杂多变环境,以及在网络环境下信息交互耦合等挑战。

为了满足实时可靠泛在通信和敏捷精确协同控制需求,我们必须综合利用控制理论与通信设计方法,将新一代Industrial Network System形成具有自适应于系统动态及能力的设计。

要实现三者之间相辅相成制约关系,我们需要清晰表示感知、传输以及对三者的相互作用提升整体性能基础。如图1所示,本文围绕框架,在分析了“感知-传输-控制”面临挑战后,从非理想通信下的异构分布式融合估计到面向感知和 控制适变传输,再到复杂环境下的协同管理三个方面综述国内外研究现状及进展。

如何实现联合设计?本文初步探索了一体设计,并提出了如图2所示的Industrial Network System分层架构。在此架构中,可以最小化总代价并开展资源调度与自适应Control律等联合设计,使得感觉过程为Control提供支撑,通讯过程负责实时交互保证,而Control则保证稳定高效运行,为何此范式会不断涌现,以丰富应用范围扩大其影响力。

随着学科快速发展,“感知-传输-Control 一体”将得到快速发展,并成为未来研究方向之一,不仅发挥重要作用,而且将继续推动生产智能连网走向深入!

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