CPS信息物理融合网络化控制的研究PPT

单元的不确定性和不可靠性在很大程度上会对CPS的系统性能产生 严重的影响。
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
由此可见
与传统系统相比，CPS 在系统规模、信息 交互内容与环境以及控制的目标与复杂性 等方面有很大的不同，是一类全新的复杂
系统对象。
计算、通信与控制的3C 融合是CPS 的本质 特性，其中计算系统与通信网络是实现CPS 大规模控制任务的基础，而实现系统的有 效控制则是CPS 的最终目标。
CPS本质上是分布式的
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
数据多源混杂
CPS 中蕴藏着大量由各种传感器生成的用于表征物理
世界不同状态的数据。这些感知数据是监测、观察和认
知物理世界的关键依据。 同时，分布式的计算单元（如控制器）将利用感知数 据生成各种用于驱动（执行器）物理动作或协调节点间 任务执行、调度与通信的大量控制信息。 在许多应用场合，由于系统节点数目大、种类繁多， CPS 中对海量数据的处理是不可避免的。 而且，系统目标任务、被控对象、感知方式的多样性和 复杂性，也使得CPS 中的数据呈现出混杂特性。
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1、CPS的概念
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用

计算

物理组件上嵌入式系统的计算能力，能够将“被动的”物 计算 理数据转换为“主动的”信息。 控制-Control
CPS 计算、通信、控制
控制
Cy be
传

将一系列计算系统连接起来，并将物理过程相连，可以增 也是一项技术和方法，更是我们的 CPS 通信-communication 强可靠性和功能。 通信
物理组件上嵌入式系统的计算能力，能够将“被 动的”物理数据转换为“主动的”信息。
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
物理系统与信息系统的深度融合
CPS中，离散的计算/信息处理与连续的物理过程紧密交互为一体,其功能与 特点通过计算对象与物理过程互动所体现； 无法判定CPS的行为属性为哪一个或两个共同作用所产生的结果。 CPS不是简单地在传统产品中植入计算与通信设备,而是将计算和网络通信融
r
感 器

通信
网 络
通过对信息的处理、管理，使信息系统和物理对 象按期望的模式运行，提高信息服务的可靠性。
统 系 l 式 入 ica 嵌 ys Ph
信息物理融合既是一种理念、思想，
将一系列计算系统连接起来，并将物理过程相连， 实现目标。 可以增强可靠性和功能。

控制

Systems 3C 融合是CPS 的本质特性 通过对信息的处理、管理，使信息系统和物理对象按期望 通信 控制 计算-Calculate 的模式运行，提高信息服务的可靠性。 网络化控制系统 计算
Cyber—— 计算，通信和控制， 离散的，逻辑型的， 切换的
Physical——自然的 或者人工的系统， 按连续时间进行操 控
信息物理融合系统 (Cyber Physical System，CPS)是物理
进程与计算进程的融
1 合，是计算、通信和
控制的深度融合
CPS中，计算和通信嵌入物理进程中，并与之深度交互，使得物
信息物理融合系统的网络化 控制研究与思考
梁瑞兵
什么是信息物理融合系统
提
纲
信息物理融合系统的发展与应用
目录页
什么是信息物理融合系统
-- CPS的概念 -- CPS的特点
过渡页
1、CPS的概念
Leabharlann Baidu
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
CPS即信息物理融合系统，英文为Cyber Physical System
入物理系统中,以产生新功能并提升系统质量
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
全面的互联互通
CPS 是一个典型的“系统的系统”(System of systems) 各个子系统（如嵌入式控制单元）通过各种类型的通信网络进行
信息传输，一个子系统可能由多个规模较小的子系统互联组成。
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
单元不确定、不可靠
CPS由各种异构异质的计算、通信和物理单元组成。由于系统复杂性、开放性等原因，许多单元体现出严重
的不确定性和不可靠性。 比如，与传统控制系统不同，CPS中计算单元的负载往往具有时变性，计算设备本身可能是商用产品（而不是 专用的工控产品），从而具有性能不确定性、非实时性，且可靠性较低，容易出现硬件或软件故障。 由于节点间通信可能处于开放环境中（如无线通信），通信链路可能会由于环境噪声的影响而体现出不稳定 性，节点甚至可能会因为受到恶意攻击而失效。
信息物理融合系统的发展与应用
--发展机遇 --发展现状 -- CPS应用举例
过渡页
1、发展机遇
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
科技和经济的驱动
计算、网络和感知成本降低.构成经济推动力； 无 所 不 在 的 计 算 和 通 信 促 成 国 家 或 全 球 范 围 的 CPS(如：国家级电网、 交通网络等)； 社会、经济的压力需要更高效的使用国家基础设施； 环境压力催生新技术，以改善能源效率，减少污染。
子系统内部的物理设备同样需要由某种（或者多种异构的）网络 进行互联。
CPS 中，通信网络将在不同层次、不同规模、不同环境下被广泛
采用，从而在各个物理实体之间实现泛在的互联互通。
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
分布式的传感、计算和控制
物理部件都嵌入一定的信息处理功能，同时系统中各物理设备 （感知、驱动、对象等）往往被安置在不同的地理位置，它们 之间具有强耦合性 CPS 中的许多感知、计算和控制任务均是由地理上分散的多个 单元协同完成的，具有较严格的时间（即实时性）和空间约束。
理系统具有新的性能
可靠， 安全， 高效，实时
Computing Foundations and Practice for Cyber-Physical Systems: A Preliminary Report Technical Report No. UCB/EECS-2007-72, May 21, 2007 Edward Lee, University of California at Berkeley