[发明专利]一种随机最优调度采样控制器设计方法

说明书

本发明涉及随机最优调度采样控制器设计领域，尤其涉及一种随机最优调度采样控制器设计方法，其特征在于，针对系统微分方程为：建立一种满足泊松计数过程的随机最优采样控制器输入信号u(t)＝Kx(T_k)，其中x(T_k)为离散的系统的采样状态，K为控制器增益，采样过程满足最优调度的性能指标J，本发明充分考虑了在最优随机调度采样策略的条件下使得系统在采样控制器的反馈控制下达到稳定，并且给出了系统达到稳定需要满足的条件，充分的给出了在随机采样的控制环境下使得系统依旧保持稳定性的控制器设计方法。

技术领域

本发明涉及最优调度采样控制器设计领域，尤其涉及一种随机最优调度采样控制器设计方法。

背景技术

在自动控制领域中，理论研究和工程实际领域中的学者致力于随机控制问题做出了很多努力，随机控制问题应用广泛，涉及了智能设备，智能交通系统，航空航天系统，电网系统中应用了大规模的控制方案。

在控制系统中有时候不仅是某一个单一的闭环系统，而是一个网络系统，为了保证良好的闭环性能，需要在控制回路之间有效地共享通信资源，合理的分配资源就显得尤其重要，既提高了网络的可靠性安全性，又节约了能源的消耗提高了网络的质量。尽管大型网络中的通信资源由于个人用户的需求和物理通信约束几乎总是随时间而变化，但早期的网络控制系统文献关注的是固定通信约束的情况。直到最近，一些研究才针对整合资源配置和反馈控制问题进行了大量的优化研究，其中最大的问题就是采样传输频率问题，及网络的占用率。

在多个系统之间共享一个共同的通信介质或处理单元的问题是计算机科学、无线通信和网络控制领域的一个众所周知的问题。例如，一些学者提出了一种调度程序，可以在多个用户之间长期分配时间段。在该调度器中，设计者必须首先手动分配单个用户应该接收的共享。然后，每个用户通过概率或确定性算法实现其预先分配的份额。在一些文章中作者证明了在同步和异步作业到达的情况下，使用最早的截止时间实现任务可以获得最佳的延迟。还有些学者引入了一种基于静态优先级分配的调度策略。在一些通讯类的文献中的许多研究也考虑了在使用一种共同的通信介质时，为了避免多个信息源之间的干扰而开发协议的问题。大量的文献中有关于基于采样的系统控制问题，一些大型的网络中解耦的子系统通过无线通信网络连接到它们的子控制器。每个子系统中的一组传感器对其状态进行采样，并通过无线网络将测量结果传输给相应的子控制器。然后，子控制器根据接收的历史值计算出一个驱动信号，并直接应用到子系统上。不幸的是，传统的数字控制理论大多采用保守的网络控制器，在控制效果上并不能满足实际要求，甚至工程实际中无法使实现的问题。

有文献中提出了一种基于马尔可夫链的随机传感器调度策略。他们考虑了一个离散时间的马尔可夫链，从而得到一个数值可处理的最优传感器调度算法，并且算法在每个时刻使用一个传感器。此外，当使用马尔可夫链对传感器进行采样时，其中的性能指标没有明确地表示为马尔可夫链参数，而是基于网络系统的性能。然而，本文中所提出的调度策略是针对单个闭环反馈回路，将原本用于马尔可夫链的建模过程应用到服从泊松采样计数的过程中，使得能够用泊松技术过程的参数来描述整个采样过程，本文用一个连续时间的泊松计数过程来模拟最优调度策略。

在使用这些周期性采样方法时，调度器控制采样传输应考虑到最坏的可能情况，以较为保守的采样策略来控制采样器采样传输保证系统稳定。但是按固定的采样率分配给控制回路，在大型控制系统中，固定的周期采样调度会带来很大的约束和资源消耗，因为即使特定的控制回路当前不需要活动，也会被分配网络资源。这种限制在特殊的网络控制系统中更为明显，在这种系统中，许多控制回路可能需要加入或离开网络，或在有源和非有源状态之间切换。

因此，给出一种随机最优调度采样控制器设计方法，可根据系统自身的具体情况，自适应地设置控制回路的采样率。本文通过引入一种最优随机传感器调度方案来解决这上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是为了解决现有技术中没有考虑到的随机采样过程，而提出的一种随机最优调度采样控制器设计方法。