物聯網，你瞭解多少？科技頭條網

物聯網的使用是跨時代的改變，在當今這個科技高速發展的時代，智能控制是解決人們生活水平的主要方式方法。

隨著物聯網概念的深入，從智能家居、智能安防到智慧農業、工業物聯網，物聯網滲透到了各行各業，影響到了我們的衣食住行。物聯網應用不僅僅是通過傳感和識別技術獲取物品的各種狀態信息並進行分析處理，還包括根據控制策略來對物品進行智能化的控制。

到目前為止，還沒有關於物聯網環境下的控制系統的權威定義。通過網絡搜索到相關專業人士給出的概念定義：物聯網控制系統( Internet of Things ControlSystem， IOT CS)是指以物聯網為通信媒介，將控制系統元件進行互聯，使控制相關信息進行安全交互和共享，達到預期控制目標的系統。

傳統網絡控制系統

傳統的網絡控制系統( Networked Control Sys-tems，NCS)是由網絡組成一個或多個控制閉環迴路。包括：

單層NCS結構中，傳感器、執行器、控制器可以直接通過通信網絡進行信息的交互。

兩層網絡控制系統是解決複雜對象控制的一條有效途徑，多個控制器的協調問題可以通過高層控制器來完成。

物聯網控制系統的架構

對比物聯網和NCS，我們發現從本質上來說它都是對物理系統的狀態信息進行採集，通過通信網絡對信息進行實時可靠的傳輸，在對數據進行分析後通過網絡發送控制指令來對物理系統進行監控管理，因此，可以將兩種架構進行融合。但是物聯網架構對控制迴路開環或閉環沒有特定的要求，而NCS的控制策略更加偏重於一個個具體的閉環迴路。

此外，物聯網控制系統更強調網絡的多樣性和開放性、感知節點的地域分佈廣泛性、感知信息的異構性和海量性、被控對象種類的多樣性、控制的智能化。所以在搭建物聯網控制系統時，既要借鑑網絡控制系統已有的大量研究成果來進行控制系統的設計，同時也要滿足物聯網的特點。

基於網絡控制系統的單雙層設計，物聯網控制系統也可以分別構建單層和雙層。

當控制系統比較簡單、多個控制器之間不需要協調控制時，採用如下圖單層物聯網控制系統架構。該結構特點是：

(1)感知層網絡、執行器、被控對象、傳感器對應物聯網體系中的感知層;傳輸層網絡對應物聯網體系中的網絡層；網絡控制器和應用服務對應物聯網體系中的應用層。

(2)控制迴路允許開環和閉環。當被控對象關聯的傳感器個數為零時，系統就按照開環來處理;此外，參與控制器決策的傳感器參數可以與被控對象直接相關，也可以與被控對象沒有直接的關係。

(3)感知層網絡可以採用藍牙、 Zigbee、WIFI等無線通信技術來採集傳感信息或向執行器發送控制命令，也可以採用 Ethernet、工業總線等來連接各種控制器、執行器和傳感器。

當控制策略相對比較複雜時，可以採用如下圖的雙層物聯網控制系統架構。相對單層控制系統雙層控制系統的不同點是：

(1)感知層網絡、低層網絡控制器、執行器、被控對象、傳感器對應物聯網體系中的感知層；高層網絡控制器、其他數據源和應用服務對應物聯網體系中的應用層。

(2)低層網絡控制器可以以控制網關的形式存在，也可以是PLC控制器；高層控制器以支撐平臺的形式存在，也是普遍意義上的雲端。當系統中的大部分信息處理任務和用戶服務請求是由支撐平臺來完成的，那麼控制器的功能就主要由高層控制器來實現，而低層控制器可以弱化為網關。如果系統中的大部分信息處理任務和用戶服務請求是由低層控制器完成的，那麼高層控制器所處的支撐平臺就可以弱化成數據庫管理平臺。如果控制策略比較複雜，那麼相對獨立的控制策略可以由低層控制器來實現，而系統級的策略或者低層控制器之間的協調就由高層控制器來完成。

控制系統的控制方法

在物聯網控制系統中，控制器的設計和優化，能夠使被控對象具有優秀的控制品質，也是體現物聯網高度智能特色的重要保證。下面將從改善網絡性能以及智能控制理論的角度來對控制方法進行探討。

改善網絡性能的控制方法

控制系統從本地閉環控制發展到網絡控制，網絡本身的特性就會影響控制系統的性能，因此可以從提高網絡性能方面提出控制方法的設計和改進。

時延、帶寬、吞吐量等是網絡的重要性能指標，而在物聯網環境下，時延參數尤為突出。作為物聯網最末端的傳感器數量眾多，分佈廣泛，收集到的數據也相當龐雜，大量信息通過網絡傳遞到應用層，會對網絡層帶來過重負荷，導致網絡傳輸時延的加劇；此外，發送給執行器的控制信號如何通過網絡快速及時地傳遞也對時延指標提出要求。因此設計網絡控制算法，有效補償網絡時延，確保整個控制系統的穩定性和魯棒性一直是研究的熱點問題。

基於智能控制理論的控制方法

物聯網環境下，數據來源各種各樣，處理不同層次的資源數據會導致物聯網控制系統演變成複雜大系統。面在控制領域，智能控制理論是解決複雜大系統問題的重要方法。智能控制代表著控制學科發展的最新進程，智能控制的幾個重要分支為專家控制、模糊控制、神經網絡控制和學習控制。

結束語

隨著物聯網相關技術的飛速發展，以及控制理論的不斷完善，兩者結合下的物聯網控制系統的體系特點就由原來的封閉式轉變為開放式，適用領域也會越來越廣泛。但是物聯網本身的特性也為控制系統的構建帶來了諸多不可控因素和難度。如何保證開放環境下控制的智能化、實時性、安全性,以及低功耗，都是未來重要的關注點。