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《量化反饋控制的碼率優(yōu)化.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、博博博士士士學學學位位位論論論文文文量化反饋控制的碼率優(yōu)化BITRATEOPTIMIZATIONFORQUANTIZEDFEEDBACKCONTROL李李李元元元龍龍龍哈哈哈爾爾爾濱濱濱工工工業(yè)業(yè)業(yè)大大大學學學2012年年年7月月月國內圖書分類號：TP273學校代碼：10213國際圖書分類號：681.5密級：公開工工工學學學博博博士士士學學學位位位論論論文文文量化反饋控制的碼率優(yōu)化博士研究生：李元龍導師：嚴質彬教授申請學位：工學博士學科：控制科學與工程所在單位：控制理論與制導技術研究中心答辯日期：2012年7月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TP273U.D.
2、C:681.5DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringBITRATEOPTIMIZATIONFORQUANTIZEDFEEDBACKCONTROLCandidate:LiYuanlongSupervisor:Prof.YanZhibinAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringA?liation:CenterforControlTheoryandGuidanceTechnologyDateofDefence:July,
3、2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要近來碼率約束下的控制問題受到了大量的關注，此類問題主要產生于網絡控制系統(tǒng)。在網絡控制系統(tǒng)中，各部件之間通過網絡信道進行連接，信道的兩端設有編碼器和解碼器，分別對傳輸前和傳輸后的量化信息進行編碼和解碼。一個網絡可能同時為多個系統(tǒng)提供服務，且即使服務于一個系統(tǒng)，它不僅要傳輸用于控制的數(shù)據(jù)信息，而且需要傳輸其他編碼信息，這使得分配到每個系統(tǒng)的用于傳輸數(shù)據(jù)的帶寬十分有限。當信道碼率較低時，量化誤差對控制性能的影響是不容忽視的。通信約束下的控制問題的研究重點是尋求達到給
4、定控制指標時所需要的最小碼率以及如何在給定信道碼率時設計編碼器，解碼器和控制器以達到此控制指標。本文針對傳感器和控制器之間存在網絡信道的情況，研究了線性系統(tǒng)在量化反饋下的鎮(zhèn)定問題和觀測器問題。對于鎮(zhèn)定問題，目的是給出系統(tǒng)可通過量化的狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定時所需要的最小信道碼率，當編碼器可用到以前的信息時，滿足鎮(zhèn)定要求的信道碼率只與系統(tǒng)的開環(huán)特性有關。而當編碼器限定為只能以當前的狀態(tài)作為輸入時，得到的碼率條件不僅與系統(tǒng)的開環(huán)矩陣有關，而且還依賴于反饋矩陣，因此要以反饋矩陣為決策變量對碼率進行優(yōu)化。本文針對不同的變換矩陣，給出了碼率優(yōu)化問題的解。對于觀測器問題，目的是給出以量化的系統(tǒng)輸出作為輸入的狀態(tài)
5、觀測器存在的碼率條件。主要工作分為如下四個方面。第一，研究了連續(xù)線性系統(tǒng)在碼率約束下的鎮(zhèn)定問題，給出了滿足系統(tǒng)鎮(zhèn)定所需要的最小的信道碼率。提出了一種動態(tài)的且是有記憶的編碼和解碼策略，并應用坐標變換使量化誤差界在各分量上的增長速度只與系統(tǒng)開環(huán)矩陣的不穩(wěn)定的特征值有關，從而建立起滿足系統(tǒng)鎮(zhèn)定所需要的信道碼率與開環(huán)系統(tǒng)矩陣特征值之間的關系。第二，研究了離散線性系統(tǒng)在碼率約束下的鎮(zhèn)定問題，考慮了編碼和解碼算法為無記憶時的情況，給出了滿足系統(tǒng)鎮(zhèn)定所需要的信道碼率的充分條件。提出了碼率優(yōu)化問題，即以反饋矩陣為決策變量對碼率求最小值。由于此時的碼率很難寫成是反饋矩陣的顯示表達式，從而提出了一種控制器的
6、參數(shù)化設計方法，將最小碼率問題轉化為可數(shù)值求解的優(yōu)化問題，并給出了數(shù)值算例說明方法的有效性。第三，研究了一類特殊的實系數(shù)多項式的穩(wěn)定問題，給出了判定其穩(wěn)定的-I-哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文充要條件，并將此結果應用到了離散線性系統(tǒng)在碼率約束下的鎮(zhèn)定問題當中，針對編碼和解碼算法為無記憶的情況，提出了一種基于能控規(guī)范型的編碼和解碼策略，并給出了滿足系統(tǒng)鎮(zhèn)定所需要的最小碼率。第四，研究了離散線性系統(tǒng)在碼率約束下的觀測器問題，考慮對系統(tǒng)輸出編碼的情況，提出了一種基于能觀測規(guī)范型的編碼和解碼策略，并分別針對單輸出和多輸出的情況，給出了滿足離散線性系統(tǒng)觀測器存在所需要的碼率條件。關鍵詞：網絡控制系
7、統(tǒng)；通信約束；信道碼率；編碼器；解碼器-II-AbstractAbstractRecently,theproblemofcontrolunderbitrateconstrainthasgainedalotofat-tention,whichcomesfromthenetworkedcontrolsystemmostly.Innetworkedcontrolsystem,eachcomponentisconnectedbynetwor
