ネットワーク制御システム

ネットワーク制御システム( NCS ) は、制御ループが通信ネットワークを介して閉じられている制御システムです。NCSの特徴は、制御およびフィードバック信号がネットワークを介して情報パッケージの形でシステムのコンポーネント間で交換されることです。

一般的な NCS の機能は、次の 4 つの基本要素を使用して確立されます。

1. センサーは情報を取得し、
2. コントローラーは、決定と命令を出すために、
3. アクチュエータは制御コマンドを実行し、
4. 情報交換を可能にする通信ネットワーク。

NCS の最も重要な特徴は、サイバー空間と物理空間を接続し、遠距離から複数のタスクを実行できるようにすることです。さらに、NCS は不要な配線を排除し、制御システムの設計と実装の複雑さと全体的なコストを削減します。また、比較的低コストで構造に大きな変更を加えることなく、センサー、アクチュエータ、コントローラーを追加することで簡単に変更またはアップグレードできます。さらに、コントローラー間でデータを効率的に共有できるため、NCS はグローバル情報を簡単に融合して、広大な物理空間でインテリジェントな決定を下すことができます。

潜在的な用途は数多くあり、宇宙や地上の探査、危険な環境へのアクセス、工場の自動化、リモート診断とトラブルシューティング、実験施設、家庭用ロボット、航空機、自動車、製造工場の監視、介護施設、遠隔操作など、幅広い業界をカバーしています。NCS の潜在的な用途は数多くありますが、実証済みの用途は少なく、NCS の分野における真のチャンスは、その分野の可能性を実現する現実世界のアプリケーションを開発することにあります。

• フィールドバス(例: CAN、LON など)
• IP/イーサネット
• ワイヤレス ネットワーク (例: Bluetooth、Zigbee、Z-Wave)。この関連では、ワイヤレス ネットワーク制御システム (WNCS) という用語がよく使用されます。

インターネットの出現と発展は、NCS が提供する利点と相まって、世界中の研究者の関心を集めました。利点とともに、いくつかの課題も現れ、多くの重要な研究テーマが生まれました。新しい制御戦略、システム内のアクチュエータの運動学、通信の信頼性とセキュリティ、帯域幅の割り当て、データ通信プロトコルの開発、対応する障害検出とフォールト トレラント制御戦略、リアルタイムの情報収集、センサー データの効率的な処理などは、詳細に研究されている関連トピックの一部です。

フィードバック制御ループに通信ネットワークを挿入すると、制御ループで追加の時間遅延が発生したり、パッケージが失われる可能性が生じたりするため、NCS の分析と設計が複雑になります。アプリケーションによっては、時間遅延によってシステム パフォーマンスが著しく低下する可能性があります。

時間遅延の影響を軽減するために、ノースカロライナ州立大学のADACラボのY. TipsuwanとMY. Chowは、ゲインスケジューラミドルウェア（GSM）手法を提案し、iSpaceに適用しました。S. MunirとWJ Book（ジョージア工科大学）は、スミス予測器、カルマンフィルタ、エネルギーレギュレータを使用して、インターネット経由で遠隔操作を実行しました。^{[1] [2]}

KC Lee、S. Lee、HH Lee は遺伝的アルゴリズムを使用して、NCS で使用されるコントローラーを設計しました。他の多くの研究者は、ロバスト制御、最適確率制御、モデル予測制御、ファジー ロジックなど、 いくつかの制御領域の概念を使用してソリューションを提供しました。

ますます複雑化する分散型 NCS の設計において、最も重要で重大な問題は、システムの信頼性と信頼性の要件を満たしながら、幅広い動作範囲で高いシステム パフォーマンスを保証することです。このため、システム パフォーマンスの監視に不可欠なネットワーク ベースの障害検出および診断技術がますます注目されています。

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• 高度診断自動化制御ラボ (NCSU)
• ネットワーク制御システムにおける通信、制御、計算、エネルギー管理を統合する共同設計フレームワーク (FeedNetback プロジェクト)