通信約束下線性隨機(jī)系統(tǒng)的估計與控制研究.pdf

1、近年來，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)受到人們越來越多的關(guān)注，其應(yīng)用前景包括移動傳感器網(wǎng)絡(luò)、無人機(jī)等諸多領(lǐng)域。由于此類系統(tǒng)中各部分之間通過共享信道傳輸信息，信號在傳輸時常受到有限帶寬、延時、丟包等通信約束的影響，這導(dǎo)致系統(tǒng)的分析與設(shè)計需要進(jìn)一步考慮通信約束問題。
　　本文基于隨機(jī)控制理論與信息論知識，針對信道衰落、有限接入以及量化三類通信約束問題，分別討論了線性隨機(jī)系統(tǒng)的線性二次高斯(LQG)控制、隨機(jī)能觀性與可估計性以及隨機(jī)自適應(yīng)控制

2、問題。具體來說，主要獲得了以下三方面的研究成果:
　　(1)討論了具有信道衰落約束的線性隨機(jī)系統(tǒng)的LQG控制問題，其中系統(tǒng)輸出經(jīng)放大后通過瑞利平坦衰落信道傳輸?shù)娇刂破?。針對控制器與通信信號放大設(shè)計之間的折中問題，在系統(tǒng)二次型性能指標(biāo)中進(jìn)一步考慮通信過程的能量消耗，并基于離線設(shè)計放大系數(shù)，給出了有限時域下控制信號與放大系數(shù)的設(shè)計方法。根據(jù)仿真結(jié)果，基于該方法得到的放大系數(shù)在時間趨于無窮時將為常數(shù)，由此進(jìn)一步將該方法推廣到無限時域情形

3、，并論證了由此方法設(shè)計的控制器在信道衰落情況下能夠保持LQG系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性。仿真說明了該方法的有效性。
　　(2)從信息論的角度首先給出了線性隨機(jī)系統(tǒng)隨機(jī)能觀性的一般性定義，接著討論了接入約束下隨機(jī)能觀性的保持問題。針對沒有零階保持器的情形，證明了存在可設(shè)計的接入策略使得時變系統(tǒng)在有限接入約束下能夠保持原系統(tǒng)的隨機(jī)能觀性，并論證了零階保持器(ZOH)的使用不影響整個系統(tǒng)的隨機(jī)能觀性。對于定常系統(tǒng)，進(jìn)一步討論了兩種特殊的接入策略:

4、短周期接入策略(SPAS)和通用性接入策略(UAS)。考慮到隨機(jī)能觀性與可估計性的相似性，基于Markov反向模型討論了兩者之間的聯(lián)系，并將結(jié)論推廣到接入約束下的可估計性問題。
　　(3)討論了量化約束下單輸入單輸出線性隨機(jī)系統(tǒng)的隨機(jī)自適應(yīng)控制，其中系統(tǒng)參數(shù)由Gauss-Markov模型描述。針對跟蹤控制問題，對于輸出量化情形，基于分離性原則得出雙重控制特性可由控制器與量化器分別實(shí)現(xiàn)，即控制器著眼于當(dāng)前時刻的跟蹤控制，而量化器著眼