盡管云控制系統具有很多優勢，但在當前階段，云控制系統的發展還處在起始階段，面臨著許多挑戰。主要表現在以下五個方面。

（一）云控制系統信息傳輸與處理的挑戰

云控制系統與一般信息物理系統的不同之處在于云控制系統將其控制部分有選擇地整合進而采用云計算處理。系統中存在著海量數據匯聚而成的大數據，如何有效地獲取、傳輸、存儲和處理這些數據？如何在大延遲（主要包括服務時間以及對象與云控制器之間的通信延遲）下保證控制質量和閉環系統的穩定性？同時如何保證控制性能，如實時性、魯棒性等？采用何種原則對本地控制部分進行分拆？與云端進行哪些信息的交流？采用何種云計算方式？云計算中如何合理利用分布式計算單元，合理地給計算單元分配適當的任務？這些都是不同于一般信息物理系統的問題，其中如何進行控制部分整合和云端計算是設計的關鍵。

（二）基于物理、通信和計算機理建立云控制系統模型的挑戰

控制系統設計的首要問題是建立合理的模型，云控制系統是計算、通信與控制的融合，計算模式、通信網絡的復雜性，以及數據的混雜性等為云控制系統的建模工作帶來了前所未有的挑戰。尤其是云計算作為控制系統的一部分，與傳統網絡化控制系統中控制器的形式有很大不同，如何構建云計算、物理對象、（計算）軟件與（通信）網絡的綜合模型，以及如何應用基于模型的現有控制理論是一大挑戰。在建模過程中，計算模型和通信模型需要包含物理概念，如時間；而建立物理對象的模型需要提取包含平臺的不確定性，如網絡延時、有限字節長度、舍入誤差等。同需要為描述物理過程、計算和通信邏輯的異質模型及其模型語言的合成發展新的設計方法。

（三）基于數據或知識的云控制系統分析與綜合的挑戰

作為多學科交叉的領域，云控制系統必然存在一些新特性，除了包含云計算、網絡化控制、信息物理系統和復雜大系統控制的一般通性，還有自身的特性。針對這些特性，需探究和創建合適的控制理論。云控制系統作為復雜系統，其模型建立困難，或者所建模型與實際相差過大，需要探究不依靠模型而基于數據或知識的控制方法。同時，云控制系統必然存在一定的性能指標，合理提煉并進行指標分析和優化，對于設計和理解云控制系統具有指導意義。

（四）優化云控制系統成本的挑戰

將云服務運用于控制系統減少了硬件和軟件的花費。但是在運用云計算過程中，需要進行控制任務的分配與調度，本地部分功能向云端虛擬服務器的遷移，以及云控制系統的維護與維持等，如何優化云控制系統的成本是一個更為復雜的問題。

（五）保證云控制系統安全性的挑戰

云控制系統的安全問題是最重要的問題。針對云控制系統的攻擊形式多種多樣，除了針對傳輸網絡的 DOS 攻擊，還有攻擊控制信號和傳感信號本身的欺騙式攻擊和重放攻擊等。對于云控制系統而言，設計的目標不僅僅要抵御物理層的隨機干擾和不確定性，更要抵御網絡層有策略有目的的攻擊。因此，云控制系統的安全性對我們提出了更高的要求，研究者需要綜合控制、通信和云計算研究。目前的網絡化控制系統要求控制算法和硬件結構具有更好的“自適應性”和“彈性”，以便適應復雜的網絡環境。云控制系統的架構具有更好的分布性和冗余性，因此能夠更好地適應現代網絡化控制系統安全性的需要。