傳輸受限網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著無線傳感與通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感與執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)(WSANs)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。若將傳統(tǒng)控制回路中的測量與控制通道由WSANs來替代，所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCSs)。相比于傳統(tǒng)的有線控制，NCSs的優(yōu)勢在于其可降低布線及安裝成本、便于移動以及快速重組等。然而將WSANs引入控制回路也會出現(xiàn)一些問題:從估計與控制的角度來看，不可靠傳輸引起的數(shù)據(jù)丟包等會使系統(tǒng)性能變壞;從WSANs的角度來講，有限的傳感器工作周期以及網(wǎng)絡(luò)帶

2、寬需要合理調(diào)度用以優(yōu)化系統(tǒng)性能。
　　鑒于此，本文的目的在于提出相應(yīng)的策略來較為明顯地改善系統(tǒng)性能。全文研究了丟包網(wǎng)絡(luò)的估計誤差協(xié)方差最小化問題;網(wǎng)絡(luò)帶寬及傳感器工作周期受限下的傳感器調(diào)度問題以及丟包網(wǎng)絡(luò)的線性二次高斯?fàn)顟B(tài)調(diào)節(jié)問題。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.針對本地傳感器與遠(yuǎn)程估計器間存在隨機(jī)丟包的系統(tǒng)提出了一種線性時間編碼策略，即每次發(fā)送當(dāng)前測量與前一步測最的線性加權(quán)組合。對于包到達(dá)序列不可知情形，基于新息序列得到了一種

3、兩階段估計算法。當(dāng)測量噪聲占主導(dǎo)時仿真證實了測量組合確實有助于改善估計性能;與之相反，當(dāng)通信噪聲占主導(dǎo)時對于一階系統(tǒng)從理論上證明了編碼沒有效果。對于包到達(dá)序列可知情形提出了一種在線編碼策略，設(shè)計了新的狀態(tài)觀測器用于揭示誤差協(xié)方差間的遞推關(guān)系，證明了新算法與利用新息序列得到算法間的等價性，對于一階系統(tǒng)得到了最優(yōu)編碼權(quán)重。
　　2.針對一個單過程雙傳感器系統(tǒng)設(shè)計了用于最小化遠(yuǎn)端估計誤差協(xié)方差的傳感器周期調(diào)度策略。當(dāng)兩傳感器工作周期有盈

4、余時得到了最優(yōu)工作周期組合以及相應(yīng)的最優(yōu)調(diào)度策略;當(dāng)工作周期不足時對于一階系統(tǒng)證明了均勻調(diào)度規(guī)則仍為最優(yōu)，但最優(yōu)開環(huán)預(yù)測步數(shù)取決于系統(tǒng)參數(shù)。上述兩種情形下的最優(yōu)調(diào)度策略都依賴于系統(tǒng)動態(tài)，這是本文研究區(qū)別于前人工作的重要特點。
　　3.針對本地傳感器與遠(yuǎn)程控制器間存在隨機(jī)丟包的系統(tǒng)提出了一種線性預(yù)測補(bǔ)償機(jī)制。首先將執(zhí)行器端的控制命令表示成不同步預(yù)測間的隨機(jī)組合，基于此將系統(tǒng)信息集劃分為若干子集并得到了每個子集下預(yù)測誤差協(xié)方差的確切表