控制系统的主要思想可以用瓦特调速器表达:一个能够实现我们控制目标(速度)的机械设备,连续操作(开闭进气阀)来实现我们的目标。实际上,瓦特调速器经常被当作工业革命的象征。蒸汽机没有瓦特调速器是无法工作的,而没有蒸汽机则没有整个工业革命。在某些背景下,调速器仍然被视作“高级工程学”。当然,作为控制工程师,我们喜欢调速器这项发明,但它很明显地已成为昨日黄花了。
在今天,控制器已经不再是一个专门实现特殊任务的特定仪器了。数字控制是通过简单的软件实施的,在计算单元上运行。任何一个控制任务都与其他的任务分享相同的物理资源(计算能力、通信能力及储存能力),如通信、控制、协调、报告和接口需求等。而且,控制系统不再与被控过程放置在一起。被控过程在空间上是分散的,就像因特网或是电力网,被控过程可以在全球扩张,甚至更远,就像在无人操纵的太空中执行任务。就像执行器和传感器为可以实现的控制目标施加了物理限制,有限的计算和通信资源也是一样的。在分布式传感器/执行器网络上,用分布式通信和计算资源来设计控制,带来了新的挑战和机遇。最基本的挑战就与时间有关。我们用分布在世界各地的时钟测量时间,在同一个系统中就存在许多局部时间,更重要的是有许多不同的时间概念。这些问题该如何协调呢?我们怎样在多个时间轴上描述动态性能,这些时间轴还可能在全局范围内相互冲突(但在局部空间上一致)?从这个角度来看,我们可以找到局部动态性能、周期时钟(也许同步很差)和基于事件计时的模拟时间来解决这个问题。那么如果没有全局时间轴这种概念的话会有很大关系吗?我们很多设计工具都是为了处理这个混合世界而不断调整的,而这个世界最终只是通过标记事件间的互换来实现同步的。(www.xing528.com)
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