[發(fā)明專利]多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的控制律設(shè)計方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211085503.4
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115696414A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚成;邸見英;張正強(qiáng);孫洪濤;趙基瑋
• 申請（專利權(quán)）人: 曲阜師范大學(xué)
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;H04L41/0823;H04L41/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉芳

本發(fā)明涉及一種多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的控制律設(shè)計方法及系統(tǒng)，包括：建立網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的同時具有延遲和丟包的第一系統(tǒng)模型并對第一系統(tǒng)模型進(jìn)行等價擴(kuò)充得到第二系統(tǒng)模型；建立中間狀態(tài)和等價約束條件構(gòu)建第三系統(tǒng)模型；根據(jù)第三系統(tǒng)模型設(shè)計出控制律的表達(dá)式；構(gòu)建黎卡提方程并求解得到正定解，將正定解代入所述控制律的表達(dá)式，得到第三系統(tǒng)控制律；將第三系統(tǒng)控制律中未進(jìn)行信息傳輸?shù)男诺佬畔h除得到第一系統(tǒng)控制律；根據(jù)第一系統(tǒng)控制律進(jìn)行多信道信息傳輸，從而能夠解決多個傳輸延遲和隨機(jī)包丟失共存的問題，提高信道傳輸時傳輸信息的完整性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)信號傳輸領(lǐng)域，特別是涉及一種多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的控制律設(shè)計方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，隨著無線通訊網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)中的執(zhí)行器和傳感器已發(fā)展成為具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的智能節(jié)點，能夠獨立完成部分信息的感知、計算、存儲和交互。同時，為了滿足自動控制和遠(yuǎn)程控制的需求，控制系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)已逐步融為一體。一般來講，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是通過實時串行網(wǎng)絡(luò)連接執(zhí)行器、傳感器和控制器構(gòu)成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)作為控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)融合的產(chǎn)物，與點對點結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，具有成本低、靈活性強(qiáng)、可靠性高、易于安裝和維護(hù)、信息資源可共享等優(yōu)點，這使得網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)自動化生產(chǎn)、智能交通網(wǎng)絡(luò)、航空航天、軍事等領(lǐng)域，比如城市交通系統(tǒng)的實時監(jiān)控和調(diào)度、無人機(jī)遠(yuǎn)程編隊控制、飛機(jī)導(dǎo)航的自動化控制、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)等。

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是分布式反饋系統(tǒng)，其中，多個回路在不同組件(傳感器、執(zhí)行器、控制器)之間通過某種形式的信道交換信息。作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中一種靈活的驅(qū)動架構(gòu)，多徑路由方法在各種網(wǎng)絡(luò)管理目的中得到了廣泛應(yīng)用，如支持需求驅(qū)動的服務(wù)性、提高信息可靠性和確保控制質(zhì)量等。在多路徑架構(gòu)下，從單個傳感器節(jié)點到目的地構(gòu)建一組不同的路徑是可行的。近年來，關(guān)于多徑路由網(wǎng)絡(luò)中的通信和控制問題，人們進(jìn)行了廣泛的研究。然而，事實證明，多徑路由網(wǎng)絡(luò)的插入引入了一些不可避免的通信缺陷，比如傳輸延遲和數(shù)據(jù)包丟失，它們的存在不僅會破壞系統(tǒng)的實際性能，甚至造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。事實上，僅僅依靠提高網(wǎng)絡(luò)帶寬來保證傳輸信息的完整性，不僅會增加通信成本，而且從根本上解決不了通信約束下的控制問題。因此，對具有通訊延時和(或)數(shù)據(jù)丟包的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)進(jìn)行鎮(zhèn)定性分析具有重要理論意義和應(yīng)用價值，吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。由于在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模中，通訊延時會表現(xiàn)為輸入或狀態(tài)時滯，而數(shù)據(jù)丟包可能會為系統(tǒng)帶來乘性噪聲，所以，這類網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)也為時滯系統(tǒng)和隨機(jī)系統(tǒng)的研究帶來新的挑戰(zhàn)，至今仍有許多基本問題沒有得到很好的解決。

基于以上分析，發(fā)現(xiàn)具有通訊延時和數(shù)據(jù)丟包的多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)鎮(zhèn)定性問題是有價值的研究課題，具有重要的工程背景和現(xiàn)實意義。本發(fā)明主要基于時滯系統(tǒng)隨機(jī)控制理論，對于這類網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定性問題作進(jìn)一步深入研究，并提出多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的控制律設(shè)計方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的控制律設(shè)計方法及系統(tǒng)，針對多信道且伴有丟包和延遲的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，解決在信道具有傳輸延遲和隨機(jī)包丟失共存的問題，提高信道傳輸時傳輸信息的完整性，使系統(tǒng)在所設(shè)計控制律下達(dá)到鎮(zhèn)定。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的控制律設(shè)計方法，包括：

建立同時具有延遲和丟包的多信道網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型，記為第一系統(tǒng)模型；

對所述第一系統(tǒng)模型引入未進(jìn)行信息傳輸?shù)男诺啦⒍x所有所述未進(jìn)行信息傳輸?shù)男诺赖臄?shù)據(jù)全部丟包，得到第二系統(tǒng)模型；

定義中間狀態(tài)參數(shù)并構(gòu)建等價約束條件，根據(jù)所述中間狀態(tài)參數(shù)、所述等價約束條件和所述第二系統(tǒng)模型構(gòu)建第三系統(tǒng)模型；