通訊約束下的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)最優(yōu)性能分析.pdf

1、隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡通信的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)應運而生。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)廣泛應用于航空航天、遠程醫(yī)療、交通控制、工業(yè)自動化等領(lǐng)域，對于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的研究已引起了廣大學者們的關(guān)注。以往的研究大多集中于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的研究，然而在網(wǎng)絡通信約束下的系統(tǒng)性能的相關(guān)研究,特別是對于網(wǎng)絡控制系統(tǒng)性能極限的研究，目前還處于初步階段。系統(tǒng)性能研究作為控制理論發(fā)展的重要方面，能有效指導網(wǎng)絡控制器設計，是系統(tǒng)維持持續(xù)穩(wěn)定的基石。
　

2、　傳統(tǒng)的系統(tǒng)性能極限的研究大多認為系統(tǒng)的性能只與被控對象固有特性和系統(tǒng)輸入信號有關(guān)。但隨著網(wǎng)絡的引入，使得系統(tǒng)不可避免的受到量化噪聲、通道噪聲、帶寬約束、網(wǎng)絡通道能量約束等因素的影響，這些因素將惡化系統(tǒng)的性能，那么如何建立系統(tǒng)性能與系統(tǒng)內(nèi)部特征和通信參量之間的關(guān)系，成為網(wǎng)絡控制系統(tǒng)性能研究的關(guān)鍵。本文主要研究通信約束下的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)性能極限問題。本文的主要研究歸納如下：
　　針對網(wǎng)絡的兩種最基本參量，即網(wǎng)絡噪聲和帶寬受限，研究了多

3、入多出連續(xù)時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)跟蹤性能極限問題?？紤]跟蹤一個布朗運動隨機過程，得到了此類網(wǎng)絡下最佳可達的系統(tǒng)性能的精確表達形式?？紤]的網(wǎng)絡噪聲為有色高斯噪聲，較以往的研究更具一般性和代表性。跟蹤性能指標是通過跟蹤誤差能量和網(wǎng)絡的控制輸入能量的權(quán)衡來度量。結(jié)果揭示了系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤性能與被控對象的非最小相位零點、不穩(wěn)定極點和參考信號，以及網(wǎng)絡噪聲和網(wǎng)絡帶寬的定量關(guān)系。
　　大多數(shù)網(wǎng)絡傳輸都是雙向的，網(wǎng)絡通道能量約束嚴重影響控制系統(tǒng)的性能，

4、基于此，提出了帶有色高斯噪聲的帶寬和能量約束下的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)最優(yōu)跟蹤性能問題。所研究的被控對象為具有多重零極點的不穩(wěn)定和非最小相位系統(tǒng)。通過設計雙參數(shù)控制器結(jié)構(gòu)，基于尤拉參數(shù)化的方法，得到了相應控制系統(tǒng)最優(yōu)跟蹤性能指標的下確界。結(jié)果定量地給出了系統(tǒng)最優(yōu)性能與被控對象的內(nèi)部特征和網(wǎng)絡噪聲、網(wǎng)絡帶寬和能量約束之間的關(guān)系。
　　針對不穩(wěn)定、非最小相位的系統(tǒng)，輸出反饋路徑受量化誤差、加性高斯白噪聲和帶寬的限制，并且綜合考慮編碼和解碼情況下

5、，研究了連續(xù)線性時不變、多入多出網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤性能問題。其參考輸入為一隨機信號，性能指標通過跟蹤誤差能量來測量，并且考慮二參數(shù)控制器結(jié)構(gòu)，獲得了最優(yōu)跟蹤性能的顯式表達。所得結(jié)果定量地揭示了信道噪聲、網(wǎng)絡帶寬、量化誤差和編碼解碼與最優(yōu)跟蹤性能的關(guān)系。
　　研究了一種新型性能權(quán)衡指標下的受有色高斯噪聲和帶寬約束影響下的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)跟蹤性能極限問題。性能指標不僅考慮了系統(tǒng)網(wǎng)絡輸入能量和系統(tǒng)跟蹤誤差能量的權(quán)衡，而且把網(wǎng)絡輸入能量和

6、被控對象輸入能量應用傳遞函數(shù)式的權(quán)衡因子對信號的各個頻段作權(quán)衡?；陬l域的思想，利用尤拉參數(shù)化的工具，在新型性能指標形式基礎(chǔ)上，求解了帶有色高斯帶寬受限信道下的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)跟蹤性能極限。結(jié)果反映了網(wǎng)絡特性與性能極限的定量關(guān)系。
　　從時域的角度，基于狀態(tài)空間方法，研究了對于帶有附加高斯白噪聲衰落信道的多入多出線性時不變離散時間網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的最優(yōu)調(diào)節(jié)問題。通過引入平均性能指標，分別考慮了狀態(tài)反饋和輸出反饋兩種情況下網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)