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事件驱动的网络化系统最优控制_祝超群1
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最优控制中图分类号: TP273文献标志码: AAbstract: The finite and infinite horizon optimal contro
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第 29 卷 第 5 期
Vol. 29 No. 5
控 制 与 决 策
Control and Decision
2014 年 5 月
May 2014
事件驱动的网络化系统最优控制
文章编号: 1001-0920 (2014) 05-0802-07 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2013.0247
祝超群, 郭 戈
(大连海事大学 信息科学技术学院,辽宁 大连 116026)
摘 要: 针对随机事件驱动的网络化控制系统, 研究其中的有限时域和无限时域内最优控制器的设计问题. 首先, 根
据执行器介质访问机制将网络化控制系统建模为具有多个状态的马尔科夫跳变系统; 然后, 基于动态规划和马尔科
夫跳变线性系统理论设计满足二次型性能指标的最优控制序列, 通过求解耦合黎卡提方程的镇定解, 给出最优控制
律的计算方法, 使得网络化控制系统均方指数稳定; 最后, 通过仿真实验表明了所提出方法的有效性.
关键词: 网络化控制系统;介质访问约束;事件驱动;马尔科夫链;最优控制
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Optimal control for event-triggered networked control systems
ZHU Chao-qun, GUO Ge
(School of Information Science and Technology,Dalian Maritime University,Dalian 116026,China.Correspondent:
ZHU Chao-qun,E-mail:chaoqunzhu@yeah.net)
Abstract: The finite and infinite horizon optimal control problem is studied for networked control systems wherein actuators
are activated in groups by a stochastic event. The system is built as a switching Markov jump linear system according to the
medium access mechanism of actuators. Based on the theory of Markovian jump linear system and dynamic programming,
the optimal control sequence is derived to satisfy the quadratic performance index. The calculation technique of optimal
control law is given by solving stabilizing solutions of coupled Riccati equations to achieve the stability of networked control
systems in the exponentially mean square sense. Finally, a numerical example is given to demonstrate the effectiveness of
the proposed method.
Key words: networked control system;access constraints;event driven;Markov chain;optimal control
0 引引引 言言言
在网络化控制系统 (NCS) 中, 控制器通过共享网
络与数量众多的传感器和执行器进行通信. 由于网络
资源有限, 在每个控制周期内只有部分传感器/执行
器能够获得信道与远程控制器进行数据交换, 称此为
NCS 的介质访问约束. 介质访问约束现象广泛存在于
NCS 中, 比如, 借助有限带宽通信的复杂工业控制系
统、存在互扰的声纳和雷达的海空监控系统等
[1-3]
. 介
质访问约束使得控制器输入和控制量均无法及时获
得更新, 在一定程度上会影响系统控制性能, 甚至造
成系统失稳. 因此, 对于 NCS 的介质访问约束及其相
关问题的研究具有重要的理论意义和应用价值
[4-6]
.
国内外很多学者对 NCS 的介质访问调度和控
制器设计问 题进行 了研究. Brockett 首次采 用通信
序列
[7]
描述网络通信介质的访问顺序, 由此开启了
介质访 问调度 的序幕. 在通信序列概念 的基础 上,
Rehbinder 等
[8]
利用静态通信序列将 NCS 建模为周期
系统, 通过求解一个组合优化问题获得最优的周期通
信序列. Lincoln 等
[9]
提出了一种更加行之有效的最
优通信序列搜索策略, 该策略借助动态规划法移除信
息树上不必要的枝干以避免维数扩张, 通过合并搜索
信息树性能指标进行反向迭代, 从而得到最优通信序
列和控制器. 近年来, Zhang 等
[10]
利用周期通信序列
保持 NCS 的结构特性, 完成了通信调度与控制器的
协同设计. 随后, 文献 [11] 考虑了介质访问约束和诱
导时延共存的 NCS, 设计了具有时延补偿的最优状态
反馈控制器和静态通信序列. 上述通信序列都局限于
离线设计的静态周期序列, 在系统出现随机扰动时,
收稿日期: 2013-03-09;修回日期: 2013-08-20.
基金项目: 国家自然科学基金项目(60974013, 61174060, 61273107);大连市领军人才项目(841252);中央高校基本科
研业务费项目优先课题项目(3132013334).
作者简介: 祝超群(1977−), 男, 讲师, 博士, 从事网络化控制系统分析与处理的研究;郭戈(1972−), 男, 教授, 博士生导
师, 从事网络化控制系统分析、车辆船舶移动机器人控制等研究.
张博士-体态康复
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