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音像面向工业网络系统的分布式协同控制和望利,钱锋,韩清龙著
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1.1工业网络系统概述
1.1.1工业网络系统的内涵
工业网络系统是指工业系统中大量具备感知与执行能力的设备和终端,通过信息获取、传输、处理和控制等相互作用,构成的融合工业控制和信息通信的多维动态系统。这类系统集感知、计算、通信、决策和控制等功能于一体,通过工业互联网实现了信息系统与工业物理过程的深度融合,是实现工业信息物理系统智能化和网络化的核心。
信息及互联网技术与工业的深度融合催生了信息物理融合系统(Cyber Physical System,CPS),即集感知、通信、计算、控制于一体的网络化系统。充分利用信息空间对物理过程状态和活动的评估和预测,实现信息系统与物理系统的深度融合和实时交互2)。综合上述工业网络系统与信息物理融合系统的内涵不难发现,工业网络系统与信息物理融合系统均集感知、计算、通信与控制为一体,旨在利用新一代信息技术推进工业系统数字化、网络化、智能化发展。信息物理融合系统侧重于“融合”,即信息系统与物理系统的相互作用、虚实映,通过信息空间对实体系统的状态和活动进行评估、预测,对实体系统间的关系进行挖掘和管理,进而提高实体系统的能。而工业网络系统则聚焦综合通信与控制方案,以实现网络环境下感知、传输、控制这一过程的联合优化设计。可见,信息物理融合系统与工业网络系统两者目标一致,又各自有所侧重,存在诸多交叉与共通的理论基础、技术方案与研究内容。
1.1.2工业网络系统的架构
典型的工业控制系统架构如图1-1所示,包括了企业层、控制层、现场总线层以及各层之间的信息交互。企业层主要涉及与企业运营相关的系统,如企业资源计划系统(EPR)、办公自动化系统(OA)、客户
关系管理系统(CRM)等;控制层内部部署了服务器、历史数据库,实时数据库、人机交互界面等工业控制组件;现场总线层则将传感器与控制器相连,实现工业网络系统的感知与控制功能。
随着工业互联网的深入,工业控制系统的网络化趋势日益显著。
在单个控制系统中,被控对象、传感器、控制器和执行器在物理位置上呈现空间分布特,通过公共的网络平台实现信息交互。在网络化系统层面,传统分散式的架构正在向分布式架构转变,在空间中分布较广的各子系统通过通信网络实现互联与协作,进一步实现工业网络系统的整体协同控制与优化。图1-2所示为工业网络系统的架构。
从图1-2中可以看出,工业网络系统主要由工业现场、云端协同、优化调度与安全保障这四个层面构成。在工业现场,分布在不同物理位置的感知终端与监测终端等设备采集工业数据并实现感知数据的提取与融合,然后通过公共网络平台将信息传输至控制终端:进一步,各子系统通过网络互联实现整体的协作运行。在优化调度层面,依据工业制造流程建立网络数字李生模型,并结合个化定制、大批量生……
和望利,华东理工大学教授、博士生导师,青年科学获得者。研究方向包括自主协同控制、优化与智慧决策及其在系统、智能电网、炼油工业等的应用。发表100余篇,登记软著和申请专利10余件,主持科技创新2030-“新一代人工智能”重大项目课题、上海市基础研究特区项目等10余项。荣获上海市自然科学奖一等奖和中国自动化学会第六届青年科学家奖。曾担任IEEE工业学会网络控制系统与应用专业委员会、IEEE
TNNLS副主编等,目前担任IEEE TII、IEEE工业前沿主题期刊等副主编以及智能科学与技术学报编委。
钱锋,院士,自动控制和过程系统工程专家,华东理工大学教授、博士生导师,流程制造智能调控技术创新中心首席科学家,能源化工过程智能制造实验室主任,智能制造专家委员会副主任,中国仪器仪表学会副理事长。长期从事能源化工过程资源与能源高效利用的流程工业智能制造应用基础、关键技术、工业软件和系统集成研究。曾获得5项科技进步二等奖、16项省部级科技进步一等奖等40余项省部级科技奖励。担任“973计划”项目首席科学家、重点研发计划首席科学家、自然科学基础科学中心项目负责人,荣获何梁何利科学与技术创新奖等荣誉。
本书面向工业网络系统通信高效和运行安全的实际需求,从多智能体系统的角度,系统地介绍面向工业网络系统的分布式协同控制方法。首先介绍了工业网络系统的内涵、架构与调控问题,概述了工业网络系统的分布式协同控制方案以及相关研究现状;接着从脉冲控制、采样控制、静态事件触发控制、动态事件触发控制、接近分布式事件触发控制和安全控制等方面详细介绍了分布式调控策略与应用。本书内容自成体系,旨在向读者展示工业网络系统分布式协同控制的基础理论和近期新的研究方法。 本书可为工业网络系统及其相关研究领域的科研工作者、工程技术人员提供参考,也可作为高等院校控制科学与工程、系统科学、计算机应用技术、人工智能科学与工程等学科的教材与教学参考用书。
本书面向工业网络系统通信的高效和运行的安全实际需求,从多智能体系统建模的角度,系统的介绍面向工业网络系统分布式协同控制方法。
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