[發(fā)明專利]無(wú)線控制裝置中的控制系統(tǒng)量化器及其量化反饋控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811239524.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN109523766B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慶泉;金芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G08C17/02
• 分類號(hào): G08C17/02;H04L1/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發(fā)明提供一種無(wú)線控制裝置中的控制系統(tǒng)量化器及其量化反饋控制方法，涉及無(wú)線控制裝置的量化反饋控制技術(shù)領(lǐng)域。量化器包括依次連接的系統(tǒng)狀態(tài)分解器、信號(hào)模數(shù)變換器、嵌入式微處理器和無(wú)線通信電路；系統(tǒng)狀態(tài)分解器基于系統(tǒng)矩陣奇異值分解獲得系統(tǒng)狀態(tài)分解量；信號(hào)模數(shù)變換器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)分解量進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換；嵌入式微處理器對(duì)系統(tǒng)矩陣進(jìn)行奇異值分解，給出信息率優(yōu)化分配策略，計(jì)算量化參數(shù)并進(jìn)行量化；無(wú)線通信電路對(duì)量化值進(jìn)行信源編碼和信道編碼，傳輸給系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)器進(jìn)行估值，把估計(jì)值作為控制器輸入實(shí)現(xiàn)量化反饋控制。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的量化反饋控制，并在確保系統(tǒng)控制性能的條件下實(shí)現(xiàn)所需要的信息率最小化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線控制裝置的量化反饋控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)線控制裝置中的控制系統(tǒng)量化器及其量化反饋控制方法。

背景技術(shù)

隨著信息化和數(shù)字化技術(shù)在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，量化反饋控制成為了現(xiàn)代控制理論與控制工程中的一個(gè)非常重要的研究課題，受到了巨大的關(guān)注。如空中、陸地上、水上和水下的無(wú)線控制裝置，都涉及到量化反饋控制問題。

在量化反饋控制過程中，系統(tǒng)狀態(tài)信息需要通過無(wú)線通信通道，傳輸給控制器。采用數(shù)字通信將導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)必須要進(jìn)行量化、編碼，而系統(tǒng)狀態(tài)量化將不可避免地產(chǎn)生量化誤差。產(chǎn)生的量化誤差大小，直接導(dǎo)致控制系統(tǒng)的性能下降，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。系統(tǒng)狀態(tài)量化誤差大小是由傳輸系統(tǒng)狀態(tài)信息的信息率大小來(lái)決定的。如果信息率越小，系統(tǒng)狀態(tài)量化誤差也就越大；相反地，如果信息率越大，系統(tǒng)狀態(tài)量化誤差也就越小。通常情況下，通信帶寬都是受限的。特別是在電磁環(huán)境惡劣的條件下，無(wú)線通信的帶寬更加有限，從而導(dǎo)致分配給每個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的信息率也是很有限的。現(xiàn)代控制系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)控制性能要求也越來(lái)要高。這導(dǎo)致有限信息率條件下的量化反饋控制問題成為了一個(gè)重要的研究課題。

目前，針對(duì)上述的有限信息率條件下的量化反饋控制問題，一個(gè)信息率優(yōu)化分配策略是基于系統(tǒng)矩陣特征值大小來(lái)決定所需的信息率大小，從而實(shí)現(xiàn)總的信息率最小化。但是，當(dāng)控制系統(tǒng)具有特征值為共軛復(fù)根的情況下，系統(tǒng)狀態(tài)將無(wú)法完全解耦，同時(shí)分解矩陣也可能是復(fù)數(shù)矩陣。針對(duì)這種情況，如何給出一個(gè)更加有效的系統(tǒng)狀態(tài)量化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信息率優(yōu)化分配，是一個(gè)有待解決的關(guān)鍵性技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)線控制裝置中的控制系統(tǒng)量化器及其量化反饋控制方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的量化反饋控制，并在保證滿足系統(tǒng)控制性能條件下，降低對(duì)信息率的要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一方面，本發(fā)明提供一種無(wú)線控制裝置中的控制系統(tǒng)量化器，包括依次連接的系統(tǒng)狀態(tài)分解器、信號(hào)模數(shù)變換器、嵌入式微處理器和無(wú)線通信電路；

系統(tǒng)狀態(tài)分解器連接無(wú)線控制裝置中控制系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器，針對(duì)系統(tǒng)矩陣具有特征值為共軛復(fù)根的情況，基于系統(tǒng)矩陣奇異值分解實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)的分解，從而獲得系統(tǒng)狀態(tài)分解量；

信號(hào)模數(shù)變換器用于對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)分解器得到的系統(tǒng)狀態(tài)分解量進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)其數(shù)字化；

嵌入式微處理器中集成系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊、信息率優(yōu)化分配模塊、量化參數(shù)計(jì)算模塊和量化值生成模塊；

系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊用于對(duì)系統(tǒng)參數(shù)完成初始化設(shè)置，并對(duì)系統(tǒng)矩陣G∈R^n×n進(jìn)行奇異值分解，得到系統(tǒng)矩陣奇異值μ₁，μ₂，…，μ_n和分解矩陣N；

信息率優(yōu)化分配模塊用于對(duì)每個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)分解量分配信息率，基于奇異值分解給出信息率優(yōu)化分配策略，在滿足系統(tǒng)的控制性能要求下，實(shí)現(xiàn)所需的信息率最小化；根據(jù)奇異值大小，設(shè)定第i個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)分解量所分配的信息率R_i為：

比特/采樣周期；