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典型的网络控制系统结构如图1.1所示
图1.1 网络控制系统结构图
网络控制系统区别于传统点对点控制系统的一个重要特点就是其用于信息传输的网络是带宽有限的，各节点要通过竞争以获得网络资源。因此，有限的网络带宽使得信息传输可能出现延滞、丢失等现象；信号需要经过量化处理后才能进行传输；多个控制回路之间需要进行适当的带宽调度和网络访问优先权调度以达到总体性能最优等。这些都是网络控制系统中出现的新问题[4]。从而，点对点控制系统中关于传感器、执行器和控制器之间的数据交换是无限制的假定在网络控制系统中不再成立，现有的许多控制系统分析和设计方法不再适用。
1.2 网络控制系统的发展历程
计算机技术、通信网络技术及微电子技术的不断发展，促进了控制系统在体系结构、单元部件和控制技术方面的一系列变革，使得控制系统不断朝着网络、集成化、分布化和节点智能化的方向发展[5]。计算机控制系统的控制方式，先后经历了直接数字控制（DDC）、集散控制（DCS）、和网络控制（NCS）三种主要控制方式。
1.DDC
在直接数字控制系统中，通常由一台计算机代替模拟设备的调节器实施控制，是由模拟控制转向数字控制的标志。典型的直接数字控制系统如图1.2所示，其中，传感器和执行器都直接与作为控制器的计算机相连，传感器输出经A/D转换后传输给控制器，控制器输出经D/A转换后传输给执行器。
DDC系统结构图
2.DCS
DCS具有现场级的控制单元（PLC、MCU等），现场级控制但单元与现场设备用电缆连接，采用标准4~20mA模拟信号传输；具有中央控制单元（CPU），中央控制单元与现场级控制单元之间采用RS-232/485等专用非开放协议通信。典型的集散控制系统如图1.3所示。DCS 的出现，实现了对生产系统信息统一的显示和管理，而却恰当的将控制系统的整体功能适当分散，也将危险适当的分散，降低了系统的整体风险度，大大的提高了控制系统的可靠性与稳定性。
DCS系统结构图
3.FCS
现场总线控制系统使用开放的现场总线作为通信网络，将作为独立智能节点的现场控制器及现场智能仪表等设备进行互连和通信，它弥补了集散控制系统中采用专用网络的缺陷，把专用封闭协议变成标准开放协议。同时，它使系统具有完全数字计算和数字通信能力。结构上采用了全分布式方案，把控制功能彻底下放到现场，提高了系统可靠性和灵活性。
与DCS相比，FCS具有很多优点：它使现场设备之间的通信可采用点对点、点对多点或广播的多种方式；利用统一组态与任务下载，使得如PID、数字滤波、补偿处理等简单的控制任务可动态下载到现场设备；同时还增强了不同厂家设备间的互操作性和互换性。论文网
4.NCS
进入了 20 世纪 90 年代，由于微处理器、通信和网络等技术的的飞速发展，使计算机在控制系统中的应用发生了巨大的变革。传感器、控制器和执行器都可以带有网络接口和缓存，并作为独立的节点在实时控制网络中发挥着巨大作用，网络控制系统应运产生。近年来，工业以太网的广泛应用、Internet等异质网络的互连，以及无线局域网和无线传感网的快速发展和应用，极大地丰富了网络控制系统的体系结构，也使得控制系统网络、分布化和智能化的发展趋势更加明显和具体。尽管网络控制已经在实际中取得广泛应用，但网络控制系统这一概念最早是在1999年才由Walsh等提出的[6,7]。这一概念的雏形可以追溯到20世纪80年代后期Halevi和Ray等提出的集成通信与控制系统[8,9]。