具有信道受限和通信能量約束的網絡化系統(tǒng)協(xié)同設計.pdf

1、網絡化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得多個子系統(tǒng)能夠通過無線網絡實現(xiàn)資源共享和協(xié)調協(xié)作。然而，由于帶寬等資源限制，在任意時刻只有部分子系統(tǒng)可以同時接入網絡并進行數(shù)據(jù)交換。當子系統(tǒng)接入網絡時，由于信道噪聲影響，數(shù)據(jù)在傳輸過程中會發(fā)生丟包。提高節(jié)點發(fā)送功率可以減少丟包概率，但也會增加系統(tǒng)的通信能耗，縮短節(jié)點的使用壽命。因此，為了保證所有子系統(tǒng)的同時穩(wěn)定，在設計控制器的時候需要兼顧網絡的信道接入策略和發(fā)送功率的分配策略。
　　針對以上網絡化系統(tǒng)中出

2、現(xiàn)的信道受限、丟包和通信能量約束三個問題，本文以線性時不變網絡化控制系統(tǒng)為研究對象，通過設計信道接入序列、控制器增益和發(fā)送功率分配策略，使得系統(tǒng)在保證理想控制性能的同時滿足通信能耗要求。具體研究內容如下。
　　1.針對信道受限下的網絡化控制系統(tǒng)，分別以控制器到執(zhí)行器和傳感器到控制器這兩部分為例，考慮隨機信道接入序列對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。利用Lyapunov方法和隨機系統(tǒng)理論，建立了數(shù)據(jù)包成功傳輸概率、信道轉移概率和系統(tǒng)衰減率三者之間

3、的數(shù)值關系。以所得結果為基礎，分別設計序列相關和序列不相關控制器。為了驗證方法的有效性，以車載網絡控制系統(tǒng)為應用實例，通過設計序列不相關控制器，使得車隊在保證整體穩(wěn)定性的同時，跟蹤誤差滿足H∞性能指標。
　　2.針對通信能量約束下網絡化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題進行研究。通過建立信道丟包模型，得到發(fā)送功率和丟包率的數(shù)值關系。以此為基礎，分別以靜態(tài)和隨機這兩種功率分配策略為例，提出了兩種發(fā)送功率分配和控制器增益的協(xié)同設計算法。仿真實驗表明

4、，以上兩種算法均可以使得系統(tǒng)在滿足通信能耗約束的前提下，具有理想的控制性能。
　　3.針對同時存在信道受限和通信能量約束的網絡化控制系統(tǒng)，研究了靜態(tài)和隨機這兩種信道接入序列下系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。對靜態(tài)信道接入序列下的網絡化控制系統(tǒng)，利用切換系統(tǒng)理論和凸優(yōu)化方法，提出了一種信道接入序列、控制器增益和發(fā)送功率分配的協(xié)同設計算法。對隨機信道接入序列下的網絡化控制系統(tǒng)，利用隨機系統(tǒng)理論和Lyapunov方法，提出了一種信道接入概率、控制器設