即時控制系統（Realtime Control System，RCS）是一個由美國 NIST 開發的架構，適合於許多軟體密集型的、即時的控制問題領域。即時控制系統的參考模型架構會定義即時智慧控制系統需要哪些功能型別，以及這些功能型別之間的關係。 RCS 不是系統設計，也不是描述如何實現特定系統的規範。RCS 會以一組有良好基礎的工程學原則為基礎，訂定分層控制系統，來組織複雜的系統。每一層的控制處理節點都源自同一個泛用節點模型 NIST ISD Research areas overview Last Updated 5122003 Accessed Aug 2 2009。 RCS 對於控制系統的設計、工程、整合及測試有全面性的方法。架構分析師會一直將系統的任務及資訊分割為較精細，有限範圍，可控制並且有效率的子單元。RCS 著重於智慧控制，可以適應不確定及沒有結構的作業環境。其主要關注點在感測、感知、知識、成本、學習、計劃及執行。 簡介 參考模型架構是種正則型式，而非系統設計的規格。RCS 參考模型架構結合了實時運動的規劃，以及高階任務計劃；解決問題、世界建模、疊代的狀態估計、觸覺及視覺的影像處理、聲音的特徵分析。而 RCS 概念的演化是受到文獻中已知的大部份智慧控制系統的特質及能力所影響，設法要達到這些的特質及能力 James S Albus 1992 A Reference Model Architecture for Intelligent Systems Design Intelligent Systems Division Manufacturing Engineering Laboratory National Institute of Standards and Technology 。 RCS 是設計為智慧代理，可以有任何程度的智慧行為，甚至包括人類的程度在內。RCS 是受到小腦（腦部控制精細運動協調以及有意識動作的區域）的理論模型所影響。一開始是設計為實驗室的操縱器，是感覺互動型，直接目標型的控制。在三十年後，已演化成針對智慧機器工具、工廠自動化系統、智慧自駕汽車的實時控制架構 Jim Albus Tony Barbera Craig Schlenoff 2004 RCS An Intelligent Agent Architecture In Proc of 2004 AAAI Conference Workshop on Intelligent Agent Architectures Combining the Strengths of Software Engineering Cognitive Systems San Jose CA。 RCS 適用許多不同的問題領域，包括工廠生產以及車輛的應用。以 RCS 架構為基礎的系統已經用在許多不同的應用中，包括工具機中零件及工具的裝載及解除安裝、加工工作站的控制、用機器手臂進行工件的去毛刺和倒角、控制太空站的遠端機器人、控制多個自動海底車輛、無人駕駛陸地車輛、系統、郵務服務及處理系統，以及海底作業的自動化系統。 歷史 隨著對於智慧行為複雜性及其哲學的瞭解越來越多，RCS 也演進出許多不同的版本。第一版的實現是在 1970 年代中期，由 Barbera 為感測互動機器人所設計 AJ Barbera JS Albus ML Fitzgerald 1979 Hierarchical Control of Robots Using Microcomputers In Proceedings of the 9th International Symposium on Industrial Robots Washington DC March 1979。 RCS1 RCS1 是強調結合命令及感測回授，因此可以結合目標及狀態，計算適當的回應。此應用程式在視覺訴求的任務中，可以配合結構化的光學視覺系統來控制機械手臂。RCS1 明顯的受到數學模型的影響，像是 MarrAlbus 模型 JS Albus 1971 A Theory of Cerebellar Function In Mathematical Biosciences Vol 10 pgs 2561 1971 以及（CMAC）模型 JS Albus 1975 A New Approach to Manipulator Control The Cerebellar Model Articulation Controller CMAC In Transactions ASME September 1975。 若 CMAC 的一些輸出是直接回饋到輸入時，CMAC 就變成有限狀態機。因此 RCS1 可以實現為用不同控制層級分層規劃的一組狀態機。在每個層級，輸入命令會有效率的選擇一個行為，這些行為是以刺激 反應模型的反饋來驅動。因此 CMAC 就成為了 RCS1 的建構模組，如圖所示。 建構模組的階層可以用來實現階層行為，如尼古拉斯廷貝亨 Nico Tinbergen 1951 The Study of Instinct Clarendon Oxford 及其他人所觀察到的一樣。RCS1 在許多層面類似羅德尼布魯克斯的包容體系結構（subsumption architecture）Rodney Brooks 1986 A Robust Layered Control System for a Mobile Robot In IEEE Journal of Robotics and Automation Vol RA2 1 March 1986，不過 RCS 是以命令表示的目標來選擇其行為，而包容體系結構是由包容體系中的事實來選擇行為。 RCS2 下一代的 RCS2 是由 1980 年代早期由國家標準技術研究所自動化製造研究基地（AMRF）的 Barbera、Fitzgerald、Kent 等人針對製造控制所開發 JA Simpson RJ Hocken JS Albus 1983 The Automated Manufacturing Research Facility of the National Bureau of Standards In Journal of Manufacturing Systems Vol 1 No 1 1983JS Albus C McLean AJ Barbera ML Fitzgerald 1982 An Architecture for RealTime SensoryInteractive Control of Robots in a Manufacturing Environment In 4th IFACIFIP Symposium on Information Control Problems in Manufacturing Technology Gaithersburg MD October 1982E W Kent JS Albus 1984 Servoed World Models as Interfaces Between Robot Control Systems and Sensory Data In Robotica Vol 2 No1 January 1984。基本的 RCS2 建構模組如圖所示。 RCS2 的 H 函式仍然是有限狀態機狀態表執行器。RCS2 的新功能是引入了由許多感測器處理演演算法（包括結構光及 Blob 分析演演算法）組成的 G 函式。其中，用 RCS2 來定義八個層級的分層，包括伺服、座標轉換、EMove、任務、Workstation、Cell、Shop 及 Facility levels of control。 最後只架設了前六層。有二個 AMRF 工作站完整實現了 RCS2 中的五層。軍用領域 Material Handling Robot （FMR）的控制系統 HG McCain RD Kilmer S Szabo A Abrishamian 1986 A Hierarchically Controlled Autonomous Robot for Heavy Payload Military Field Applications In Proceedings of the International Conference on Intelligent Autonomous Systems Amsterdam The Netherlands December 811 1986 也是由 RCS2 實現的，TMAP 的無人地面載具計劃也 RCS2 實現。 RCS3 RCS3 是設計在 NBSDARPA 的多重自主水下載具（MAUV）專案中使用 JS Albus 1988 System Description and Design Architecture for Multiple Autonomous Undersea Vehicles National Institute of Standards and Technology Technical Report 37 1251 Gaithersburg MD September 1988，也適用於 NASANBS 為了太空站 Flight Telerobotic Servicer 所設計的標準參考模型遠端機器人控制系統架構（NASREM）JS Albus HG McCain R Lumia 1989 NASANBS Standard Reference Model for Telerobot Control System Architecture NASREM National Institute of Standards and Technology Technical Report 1235 Gaithersburg MD April 1989，其基本建構模組如圖。 RCS3 中主要的新特徵是世界模型以及操作者介面。世界模型的引入是任務規劃以及模型為基礎的感測器處理的基基礎。因此也讓任務分解模組（TD）再進行調整，其中包括了工作分配器、以及針對每一個分配到工作的子系統的規劃器以及執行器。這大致對應 Saridis 的 George N Saridis 1985 Foundations of the Theory of Intelligent Controls IEEE Workshop on Intelligent Control 1985 三層控制架構。 RCS4 RCS4 是由 NIST 的機器人系統部門在 1990 年代所設計。其基本建構模組如圖所示。主要的主特點是明確的劃分出價值判斷（Value Judgment，簡稱 VJ）系統。VJ 模組在 RCS4 系統中的功能類似邊緣系統在大腦中的作用。VJ 模組中的程式會計算計劃行動的成本、效益及風險，並且針對物體、材料、區域、情境、事件及結果給多不同的價值。價值狀態變數會定義為結果重要的事情，或是需要參與、攻擊、防守、協助或是進行其他行動的物體或區域。價值判斷在智慧控制系統的應用是由 George Pugh 提出 GE Pugh GL Lucas 1980 Applications of ValueDriven Decision Theory to the Control and Coordination of Advanced Tactical Air Control Systems DecisionScience Applications Inc Report No 218 April 1980。價值判斷模組的架構及功能主要是由 Albus 1991 所完成 JS Albus 1991 Outline for a Theory of Intelligence In IEEE Trans on Systems Man and Cybernetics Vol 21 No 3 MayJune 1991。 RCS4 使用了行為產生（behavior generation 簡稱 BG）來取代 RCS3 的任務 5 分解（decomposition TD）。這個調整是要強調自主決策的程度。RCS4 可用來在沒有高頻寬通訊的非結構化環境下，處理高度自主性的應用，例如在戰場上使用的無人機、深海、或是遙遠的行星上。這些應用需要自主的價值判斷以及複雜的實時感知能力。RCS3 仍會用在要求比較低的應用中，像是製造業、工地、近太空或淺海的遠端機器人，這些環境比較有結構，而且比較可以有高頻寛的通訊。在這些應用中，價值判斷會包括在任務規劃的過程，或是由操作人員輸入。 軟體 NIST 依照 RCS 參考模型架構，已發展了函式庫。有針對 C、Java 及 Ada 的程式，也有巨集、工具、makefile 及檔案，讓程式設計者可以用在嵌入式系統中，特別是有使用針對智慧系統設計的參考模型架構的程式 RealTime Control Systems Library Software and Documentation at nistgov Accessed Aug 4 2009。 應用 ISAM 架構是在製造領域的 RCS 應用。 4DRCS 參考模型架構是在車輛領域的 RCS 應用。 NASANBS Standard Reference Model for Telerobot Control Systems Architecture（NASREM）是在太空領域的應用。 參考資料 外部連結 RCS The Realtime Control Systems Architecture NIST Homepage Category 控制理論 Category 企業建模 Category 工業計算