通讯约束下网络化控制系统的最优性能分析

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随着综合自动化技术的发展,网络化控制系统取得了很大的进展。网络化控制系统是通信、计算机和控制等技术相结合的产物。在网络化控制系统中,被控对象与控制器之间由通信网络进行连接,以数据包的形式进行信息传递。在网络化控制系统中,可以使用共享网络实现灵活的架构,从而减少安装和维护成本。在网络化控制系统中,通信网络的带宽和信道容量都是有限的,数据在通信网络传递时会产生丢包、延迟、带宽限制、量化、信道噪声等问题,这会使网络化控制系统性能发生改变。通讯约束下的网络化控制系统的最优性能是本文研究的主要内容,通过因式分解、内外分解和互质分解等分解技术,Youla参数等方法,对系统的最优性能进行了分析。本文的主要内容如下:对于单输入单输出的网络化控制系统,我们研究了具有时延和编码解码约束的网络化控制系统的跟踪性能。研究结果表明,不稳定极点、非最小相位零点;以及编码解码、时延和高斯白噪声等多重通信约束对系统最优性能的影响;双自由度控制器优于单自由度控制器。此外,还发现了网络化控制系统的跟踪性能与编码解码、时延和高斯白噪声有直接关系。对于多输入多输出的网络化控制系统,我们研究了基于编解码和量化约束的网络化控制系统的最佳性能。在系统的反馈信道中,考虑了量化和带宽的影响,并在反馈信道中考虑了噪声和编码解码在双自由度控制器下的影响。通过部分分解技术和谱分解实现了最优跟踪性能。结果表明,最优跟踪性能在一定程度上取决于给定的系统结构和通道噪声和参考信号的特征。此外,在通信信道中的高斯白噪声、量化、带宽和编解码器对系统性能有一定的影响。另外,我们研究了多输入多输出的网络化控制系统具有时延和信道噪声、编解码、量化和丢包约束的最优性能。通过利用双自由度控制器和Youla参数化方法,推导出最优性能的显式表达式。利用H2范数法获得了最优性能表达式。结果表明,不稳定极点和非最小相位零点的位置和方向与最优跟踪性能有关。另一方面,最优跟踪误差取决于信道噪声、量化噪声、编解码、时延和丢包概率等约束因素。
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