Un sistema de control en red ( NCS ) es un sistema de control en el que los bucles de control se cierran a través de una red de comunicación . La característica definitoria de un NCS es que las señales de control y retroalimentación se intercambian entre los componentes del sistema en forma de paquetes de información a través de una red.
La funcionalidad de un NCS típico se establece mediante el uso de cuatro elementos básicos:
La característica más importante de un NCS es que conecta el ciberespacio con el espacio físico, lo que permite la ejecución de varias tareas a larga distancia. Además, los NCS eliminan el cableado innecesario, lo que reduce la complejidad y el costo general en el diseño e implementación de los sistemas de control. También se pueden modificar o actualizar fácilmente añadiéndoles sensores, actuadores y controladores con un costo relativamente bajo y sin cambios importantes en su estructura. Además, al ofrecer un intercambio eficiente de datos entre sus controladores, los NCS pueden fusionar fácilmente la información global para tomar decisiones inteligentes en grandes espacios físicos.
Sus posibles aplicaciones son numerosas y cubren una amplia gama de industrias, como la exploración espacial y terrestre, el acceso en entornos peligrosos, la automatización de fábricas, el diagnóstico y la resolución de problemas a distancia, las instalaciones experimentales, los robots domésticos, las aeronaves, los automóviles, la supervisión de plantas de fabricación, los hogares de ancianos y las teleoperaciones. Si bien las posibles aplicaciones de los NCS son numerosas, las aplicaciones comprobadas son pocas, y la verdadera oportunidad en el área de los NCS está en el desarrollo de aplicaciones del mundo real que aprovechen el potencial de esta área.
La aparición y el desarrollo de Internet, junto con las ventajas que ofrece el NCS, atrajeron el interés de investigadores de todo el mundo. Junto con las ventajas, también surgieron varios desafíos que dieron lugar a muchos temas de investigación importantes. Nuevas estrategias de control, cinemática de los actuadores en los sistemas, fiabilidad y seguridad de las comunicaciones, asignación de ancho de banda, desarrollo de protocolos de comunicación de datos, detección de fallos correspondientes y estrategias de control tolerantes a fallos , recopilación de información en tiempo real y procesamiento eficiente de datos de sensores son algunos de los temas relativos estudiados en profundidad.
La inserción de la red de comunicación en el bucle de control de retroalimentación hace que el análisis y diseño de un NCS sea complejo, ya que impone retardos temporales adicionales en los bucles de control o posibilidad de pérdida de paquetes. Dependiendo de la aplicación, los retardos temporales podrían imponer una degradación severa en el rendimiento del sistema.
Para paliar el efecto de retardo temporal, Y. Tipsuwan y MY. Chow, del laboratorio ADAC de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, propusieron la metodología de middleware de programación de ganancia (GSM) y la aplicaron en iSpace. S. Munir y WJ Book (del Instituto Tecnológico de Georgia) utilizaron un predictor Smith , un filtro Kalman y un regulador de energía para realizar teleoperaciones a través de Internet. [1] [2]
KC Lee, S. Lee y HH Lee utilizaron un algoritmo genético para diseñar un controlador utilizado en un NCS. Muchos otros investigadores aportaron soluciones utilizando conceptos de varias áreas de control, como control robusto, control estocástico óptimo , control predictivo de modelos, lógica difusa, etc.
Una de las cuestiones más importantes y críticas que rodean el diseño de sistemas de control de red distribuidos, cuya complejidad aumenta cada vez más, es la de cumplir con los requisitos de fiabilidad y seguridad del sistema, garantizando al mismo tiempo un alto rendimiento del sistema en un amplio rango de funcionamiento. Esto hace que las técnicas de detección y diagnóstico de fallos basadas en la red, que son esenciales para supervisar el rendimiento del sistema, reciban cada vez más atención.