專利名稱：基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)L₂-L_∞濾波信息處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，尤其是涉及基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)し2-1_濾波信息處理方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用點對點的傳輸模式，通過ー些專用線路將采集到的信號從傳感器傳送到控制器，再將控制信號從控制器傳送到執(zhí)行器，實現(xiàn)對被控對象的控制。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，要求生產(chǎn)設(shè)備不能局限與一個廠房或者很小的區(qū)域內(nèi)，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)生產(chǎn)的需要，在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)逐漸興起。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)融合了控制、通信、網(wǎng)絡(luò)等多技術(shù)，具有開放性、互操作性、互換性、可集成性、系統(tǒng)可靠性高、可維護性好及低成本等優(yōu)點，已經(jīng)在エ業(yè)自動化控制、智能交通、航空航天以及國防等領(lǐng)域得到了 廣泛的應(yīng)用。盡管網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，然而，由于信號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，帶來了一些新的間題。由于通信網(wǎng)絡(luò)的存在、周圍的環(huán)境以及系統(tǒng)本身的ー些特性，不可避免的存在ー些干擾，如電磁輻射干擾，網(wǎng)絡(luò)中的丟包、時延、亂序、誤碼等。因此，在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，如何在接收端還原原始信號成為了必須解決的問題。實際應(yīng)用中，常用的濾波器有卡爾曼濾波器、魯棒H2濾波器，魯棒H00濾波器以及魯棒L2-L00-波器等?？柭鼮V波器是ー種發(fā)展成熟的經(jīng)典濾波器，它可以實現(xiàn)信號的濾波和預(yù)測；其存在的缺陷是只能針對噪聲為高斯白噪聲的條件下進行濾波，因此，其使用范圍受到了限制。對于其它種類的濾波器，針對時滯系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒濾波器已經(jīng)有ー些研究，如Mehrdad Sahebsara,岳東等人設(shè)計了ー些相應(yīng)的濾波器。目前的這些濾波器的設(shè)計中都假設(shè)信號傳輸(包括采集到的信號從傳感器傳送到控制器以及控制信號從控制器傳送到執(zhí)行器)為無損傳輸，而忽略了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的量化因素。如圖I所示，一方面，由于控制系統(tǒng)中的信號往往是連續(xù)的模擬信號，而要通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸必須將這些信號轉(zhuǎn)化ニ進制的離散的數(shù)字信號，因此，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在信號傳輸前必須對原始信號進行采樣，然后進行量化、編碼，接著，在信號接收端接收到信號后進行解碼。另ー方面，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，為了減少網(wǎng)絡(luò)的擁塞，在保證信號信息量足夠的前提下，必須對信號進行量化，并需要減小采樣速率和編碼長度，從而減少單位時間內(nèi)所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)量。量化就是通過量化器將實際信號轉(zhuǎn)換成ー個在有限集中取值的分段信號。由于量化的存在，不可避免的會帶來量化誤差，量化誤差的存在會對系統(tǒng)的性能造成一些影響，嚴(yán)重時甚至可能產(chǎn)生極限環(huán)和混沌現(xiàn)象，因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計中量化誤差是必須考慮的。從現(xiàn)有的文獻來看，現(xiàn)有的濾波信息處理方法設(shè)計過程中，為了簡化運算，還沒有設(shè)計者將量化因素考慮在內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)L2-Lの濾波信息處理方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)し2_1^濾波信息處理方法，其特征在干包括以下步驟I)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)送端對輸入的信號進行采樣、量化以及編碼處理后發(fā)送給接收端;2)接收端對接收的數(shù)據(jù)進行解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)傳輸給濾波器；
3)濾波器對接收到的數(shù)據(jù)進行濾波處理，還原原系統(tǒng)信息。所述的步驟I)中的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模后的狀態(tài)方程如下
x(t) = AlXit) + A2x{t - r、+ Bco(t)^ y(t) = Q(Cx(t) + Da(t))t G(I)
z(t) = Lx(t)
+CO其中，x(t) G Rn為被控對象系統(tǒng)的狀態(tài)向量ノeU[ししi)=[も，+00)，i G {0,1,2,
i=0
3，……}，T (t)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時延，詐)W，y(t) G Rm為系統(tǒng)的觀測向量，A、B、C為適維矩陣，Co (t) G Rp是屬于L2[0，m )的噪聲輸入，z (t)是被估計的信號；該模型一方面考慮到了網(wǎng)絡(luò)傳輸中所產(chǎn)生的時延、丟包等因素的影響，并且該系統(tǒng)存在一種滿足し2[0，の)的噪聲干擾；另一方面在信號接收端得到的不是完整的系統(tǒng)輸出信息，而是包含了ー種對數(shù)量化誤差的采樣、量化信息；在上述模型中，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的丟包當(dāng)作時延處理，時延和丟包統(tǒng)一用T (t)表示，將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的干擾因素建模為ー種滿足LJO，^)的信號；在輸出端，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸前需要進行采樣、量化、編碼，系統(tǒng)輸出y(t)要經(jīng)過對數(shù)量化器Q( )，從而會存在量化誤差；接收端接收到該信號后，濾波過程中通過變換，以消除其影響。所述的步驟I)中的量化處理如下量化器對采樣的數(shù)據(jù)進行量化處理后得到量化后的系統(tǒng)觀測向量Q(yi(t))以及量化誤差 eq(Q(yi(t)))，
.II
Pl じ0l,V -~- Pl vO1 < y, (0 く -~- Pl じ01
! + SiI - SiQiy1(O) = ^,if yt(t) = 0
-Q(-y,(t)\ ヴ兄0)<o
-(2)其中，さ=1, 0 < P i < I, y^t)是 y(t)的第 i 維值，V0i >0, j = 0, ±1,±2....；eq(Q(Ji (t))) = Q(Yi (t))-yi(t) = A (^yi(t)(3)其中A (y“t)) G [-Si, 6)。 所述的L2-L 濾波信息處理方法的構(gòu)建過程如下I)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的模型建立濾波器方程，確定濾波器所需的優(yōu)化參數(shù)，其中濾波器方程如下
權(quán)利要求
1.基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系-L2-Lj慮波信息處理方法，其特征在于包括以下步驟 1)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)送端對輸入的信號進行采樣、量化以及編碼處理后發(fā)送給接收端； 2)接收端對接收的數(shù)據(jù)進行解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)傳輸給濾波器； 3)濾波器對接收到的數(shù)據(jù)進行濾波處理，還原原系統(tǒng)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)し2-1_濾波信息處理方法，其特征在于，所述的步驟I)中的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模后的狀態(tài)方程如下
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)し2-1_濾波信息處理方法，其特征在于，所述的步驟I)中的量化處理如下 量化器對采樣的數(shù)據(jù)進行量化處理后得到量化后的系統(tǒng)觀測向量Q(yi(t))以及量化誤差 eq(Q(yi(t)))，
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)L2-Lの濾波信息處理方法，其特征在于，所述的L2-Lの濾波信息處理方法的構(gòu)建過程如下 I)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的模型建立濾波器方程，確定濾波器所需的優(yōu)化參數(shù)，其中濾波器方程如下
全文摘要
本發(fā)明涉及基于對數(shù)量化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)L2-L∞濾波信息處理方法，包括以下步驟1)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)送端對輸入的信號進行采樣、量化以及編碼處理后發(fā)送給接收端；2)接收端對接收的數(shù)據(jù)進行解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)傳輸給濾波器；3)濾波器對接收到的數(shù)據(jù)進行濾波處理，還原原系統(tǒng)信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在干擾影響下的具有性能參數(shù)γ的魯棒L2-L∞濾波處理，在濾波信息處理方法設(shè)計中充分考慮了實際中由于采樣、量化、丟包所帶了的影響因素，從而更符合實際使用情況。
文檔編號H03H17/02GK102651641SQ201110044899
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者劉俊豪, 劉濤, 張皓, 陳啟軍 申請人:同濟大學(xué)