[发明专利]一种基于有扰无线网络化控制系统延时估计逼近控制方法

说明书

基于延时估计的控制策略方法，针对有扰无线网络化控制系统，在延时概率转移矩阵未知的前提下，提出了EBAC控制方法。EBAC方法采用分段逼近的策略，将延时概率转移矩阵的估计与控制增益相结合，使控制器增益随概率转移概率估计的收敛而更新，有效的利用了延时信息。通过更改逼近控制器中的控制增益更新时刻判断条件，使控制增益在有扰情况下可以持续更新，其次针对满足分段Markov特性的延时特性，设计了数据包抖动检测模块用以检测延时特性的突变。利用Markov跳变系统方法得到了保证系统均方最终一致有界的充分条件，并得到了相应的控制器。

技术领域

本发明涉及无线网络化控制系统，具体涉及存在扰动的无线网络化控制系统，在控制器端设置延时特性估计器，利用控制系统接入网络后在线得到的延时数据，迭代的估计延时特性；同时设计了逼近控制器以利用逐渐精确的延时特性估计计算控制量；得到了保证闭环系统随机稳定的充分条件和控制器增益计算方法。

背景技术

无线网络化控制系统是一种通过无线传输网络将控制系统中各节点连接起来的闭环控制系统。无线网络化控制系统通过无线网络来实现各节点间的数据传输。与传统控制系统相比，无线网络化控制系统具有应用成本低、布线简便、方便维护等优点，广泛应用在无人机、分布式系统、工厂自动化等领域中。考虑到成本问题，现实生活中的无线网络化控制系统常常不会有专有网络，接入的通信网络是与其他用户共享的网络，控制系统使用这种网络不可避免的会受到其他用户的干扰，称之为有扰无线网络化控制系统。有扰无线网络化控制系统包含了无线网传输中经常出现的问题，如延时、丢包等，这些问题会导致控制系统性能变差，甚至造成系统不稳定。

通过对无线网络化控制系统的现有研究可以发现，利用更多延时和丢包的信息将有利于提升控制系统的性能。这种思想可以应用到对有扰无线网络化控制方法的研究中。在利用延时概率信息的控制方法中，低延时的概率较高，高延时的概率较小，概率分布呈现长尾特性可以提升控制系统的性能。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提出了延时估计逼近控制策略(EstimationBased Approximating Control，EBAC)。在有扰无线网络化控制系统的控制器端设置延时特性估计器，利用控制系统接入网络后得到的延时数据，迭代的估计延时特性。同时设计了逼近控制器以利用逐渐精确的延时特性估计计算控制量；得到了保证闭环系统随机稳定的充分条件和控制器增益计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于有扰无线网络化控制系统延时估计的逼近控制策略方法，含有以下步骤：

(1)确定被控对象模型；

步骤11.考虑被控对象模型为线性有扰离散系统：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Cω(k)， (1-1)

其中x∈Rⁿ是系统状态，u∈Rⁿ为控制输入，ω(k)∈Rⁿ为扰动，且扰动有界，即ω_max为扰动上界，A∈R^n×n，B∈R^n×m和C∈R^n×m为系统矩阵，d_k、h_k、τ_k的定义分别为传感器到控制器的延时，控制器到执行器的延时以及闭环延时。

(2)将闭环延时建模为有限Markov过程；

步骤21：闭环延时τ_k存在上界M，即τ_k∈M:＝{0,1,2,…M}，且满足转移概率矩阵未知的Markov过程。其转移概率为：

其中π_ij＞0，且

步骤22：无线网络组网灵活的特点，网络中的节点相较于有线网络可以更为灵活的接入和离开网络；