物联网控制系统

　物联网的发展和使用是跨时代的改变，在当今我们这个科技高速发展的时代，智能控制就是改善我们生活水平的主要方式。

　　随着物联网概念的深入，从智能路灯、智能家居到智慧农业、工业互联网，物联网不断的渗透到了各行各业当中，逐渐的影响到了我们的衣食住行。物联网应用不仅仅是通过传感识别技术获得物体的各种状态信息并进行分析和处理，还包括根据控制策略对物体进行智能化的控制。

　　目前为止，还没有出现关于物联网环境下的控制系统的权威定义。通过网络搜索到相关专业人士给出的概念定义：物联网控制系统( Internet of Things ControlSystem， IOT CS)是指以物联网维通信媒介，将控制系统元件进行互联，使控制相关信息进行安全交互和共享，达到预期控制目标的系统。

　　传统网络控制系统

　　传统的网络控制系统( Networked Control Sys-tems，NCS)是由网络组成一个或多个控制闭环回路。包括：

　　单层NCS结构中，传感器、执行器、控制器可以直接通过通信网络进行信息的交互。

　　两层网络控制系统是解决复杂对象控制的一条有效途径，多个控制器的协调问题可以通过高层控制器来完成。

　　物联网控制系统的架构

　　对比物联网和NCS，我们发现从本质上来说它都是对物理系统的状态信息进行采集，通过通信网络对信息进行实时可靠的传输，在对数据进行分析后通过网络发送控制指令来对物理系统进行监控管理，因此，可以将两种架构进行融合。但是物联网架构对控制回路开环或闭环没有特定的要求，而NCS的控制策略更加偏重于一个个具体的闭环回路。

　　此外，物联网控制系统更强调网络的多样性和开放性、感知节点的地域分布广泛性、感知信息的异构性和海量性、被控对象种类的多样性、控制的智能化。所以在搭建物联网控制系统时，既要借鉴网络控制系统已有的大量研究成果来进行控制系统的设计，同时也要满足物联网的特点。

　　基于网络控制系统的单双层设计，物联网控制系统也可以分别构建单层和双层。

　　当控制系统比较简单、多个控制器之间不需要协调控制时，采用如下图单层物联网控制系统架构。该结构特点是：

　　(1)感知层网络、执行器、被控对象、传感器对应物联网体系中的感知层;传输层网络对应物联网体系中的网络层；网络控制器和应用服务对应物联网体系中的应用层。

　　(2)控制回路允许开环和闭环。当被控对象关联的传感器个数为零时，系统就按照开环来处理;此外，参与控制器决策的传感器参数可以与被控对象直接相关，也可以与被控对象没有直接的关系。

　　(3)感知层网络可以采用蓝牙、 Zigbee、WIFI等无线通信技术来采集传感信息或向执行器发送控制命令，也可以采用 Ethernet、工业总线等来连接各种控制器、执行器和传感器。

　　当控制策略相对比较复杂时，可以采用如下图的双层物联网控制系统架构。相对单层控制系统双层控制系统的不同点是：

　　(1)感知层网络、低层网络控制器、执行器、被控对象、传感器对应物联网体系中的感知层；高层网络控制器、其他数据源和应用服务对应物联网体系中的应用层。

　　(2)低层网络控制器可以以控制网关的形式存在，也可以是PLC控制器；高层控制器以支撑平台的形式存在，也是普遍意义上的云端。当系统中的大部分信息处理任务和用户服务请求是由支撑平台来完成的，那么控制器的功能就主要由高层控制器来实现，而低层控制器可以弱化为网关。如果系统中的大部分信息处理任务和用户服务请求是由低层控制器完成的，那么高层控制器所处的支撑平台就可以弱化成数据库管理平台。如果控制策略比较复杂，那么相对独立的控制策略可以由低层控制器来实现，而系统级的策略或者低层控制器之间的协调就由高层控制器来完成。

　　控制系统的控制方法

　　在物联网控制系统中，控制器的设计和优化，能够使被控对象具有优秀的控制品质，也是体现物联网高度智能特色的重要保证。下面将从改善网络性能以及智能控制理论的角度来对控制方法进行探讨。

　　改善网络性能的控制方法

　　控制系统从本地闭环控制发展到网络控制，网络本身的特性就会影响控制系统的性能，因此可以从提高网络性能方面提出控制方法的设计和改进。

　　时延、带宽、吞吐量等是网络的重要性能指标，而在物联网环境下，时延参数尤为突出。作为物联网最末端的传感器数量众多，分布广泛，收集到的数据也相当庞杂，大量信息通过网络传递到应用层，会对网络层带来过重负荷，导致网络传输时延的加剧；此外，发送给执行器的控制信号如何通过网络快速及时地传递也对时延指标提出要求。因此设计网络控制算法，有效补偿网络时延，确保整个控制系统的稳定性和鲁棒性一直是研究的热点问题。

　　基于智能控制理论的控制方法

　　物联网环境下，数据来源各种各样，处理不同层次的资源数据会导致物联网控制系统演变成复杂大系统。面在控制领域，智能控制理论是解决复杂大系统问题的重要方法。智能控制代表着控制学科发展的最新进程，智能控制的几个重要分支为专家控制、模糊控制、神经网络控制和学习控制。

　　结束语

　　随着物联网技术的不断发展，以及控制理论上的不断完善，两者之间相结合之下，物联网控制系统的体系特点就由原来的封闭式转变为开放式，使用领域也会逐渐的越来越广泛。但是物联网本身的特征也给控制系统的构建带来了诸多不可控的因素和难度。如何保证开放环境下控制的智能化、实时性、安全性以及低功耗，都是未来重点的关注点。