本發(fā)明涉及通訊信號跟蹤控制，特別是指一種網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，例如文獻(xiàn)1[optimal?tracking?performance?analysis?of?mimocontrol?systems?under?multiple?constraints]中給出了一個離散系統(tǒng)模型，研究了多通訊約束下的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤性能，并將通訊約束整合到上行鏈路與下行鏈路中，在上行鏈路中考慮了量化器的影響，在下行鏈路中考慮了編解碼、加性高斯白噪聲以及帶寬的影響。通過設(shè)計最優(yōu)雙自由度控制器得到了該系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤性能。雖然該模型考慮的網(wǎng)絡(luò)約束較為全面，但是對物理模型的也做出了嚴(yán)格的限制，例如，被控對象中包含的非最小相位零點(diǎn)以及不穩(wěn)定極點(diǎn)均為單根的情況，而在實際的模型當(dāng)中，不穩(wěn)定極點(diǎn)以及非最小相位零點(diǎn)允許有重根的情況出現(xiàn)。

2、例如文獻(xiàn)2[performance?limitations?of?networked?control?systems?withquantization?and?packet?dropouts]中設(shè)計了一個雙自由度系統(tǒng)模型，并且在下行鏈路中考慮了均勻量化器和丟包的影響?；陬l域分析方法得到了具有量化和丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能限制?？梢园l(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)在該模型中，考慮的網(wǎng)絡(luò)約束較為簡單，沒有考慮帶寬的限制，且對被控對象的建模同樣較為簡單，僅考慮被控對象中的非最小相位零點(diǎn)和不穩(wěn)定極點(diǎn)存在單根的情況。

3、總而言之，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)建模中，為了方便最優(yōu)跟蹤性能分析，將被控對象的建模為只包含單個的非最小兩位零點(diǎn)和不穩(wěn)定極點(diǎn)，然而，具有重復(fù)性的非最小相位零點(diǎn)和不穩(wěn)定極點(diǎn)對跟蹤性能的影響更具有實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)考慮的網(wǎng)絡(luò)約束較為簡單，沒有考慮帶寬的限制，且對被控對象的建模同樣較為簡單，僅考慮被控對象中的非最小相位零點(diǎn)和不穩(wěn)定極點(diǎn)存在單根的情況的技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化方法及系統(tǒng)。所述技術(shù)方案如下：

2、一方面，提供了一種網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化方法，方法包括：

3、s1、建立雙自由度網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型，通過模型獲得雙自由度網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的輸出；

4、s2、根據(jù)誤差信號和跟蹤性能指標(biāo)計算模型的最優(yōu)性能表達(dá)式；

5、s3、對模型的最優(yōu)性能表達(dá)式進(jìn)行簡化；

6、s4、基于最優(yōu)性能表達(dá)式，計算模型的最優(yōu)跟蹤性能表達(dá)式，完成帶寬有限高斯有色噪聲信道下網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化。

7、可選地，s1中，建立雙自由度網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型，通過模型獲得雙自由度網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的輸出，包括：

8、構(gòu)建雙自由度網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型；其中，系統(tǒng)輸出如下述公式(1)所示：

9、y＝gfk1r-gfk2hn-gfk2(r-e)????????????????(1)

10、其中，g代表被控對象的傳遞函數(shù)，k1和k2分別為前饋控制器和反饋控制器，f表示帶寬，h用來對加性高斯白噪聲n著色，r為系統(tǒng)輸入，n為信道中的噪聲，r和n是均值為0且方差分別為和的加性高斯白噪聲，e為誤差信號。

11、可選地，s2中，根據(jù)誤差信號和跟蹤性能指標(biāo)計算模型的最優(yōu)性能表達(dá)式，包括：

12、根據(jù)下述公式(2)計算誤差信號e：

13、e＝r-y????????????????????????????(2)

14、根據(jù)下述公式(3)計算跟蹤性能指標(biāo)j：

15、

16、其中，其中e{}表示期望算子；

17、基于誤差信號e和跟蹤性能指標(biāo)j，根據(jù)下述公式(4)計算模型的最優(yōu)跟蹤性能的表達(dá)式：

18、

19、其中，inf表示下確界，q和表r示雙自由度控制器中自由設(shè)計的兩個參數(shù)，rh∞表示所有穩(wěn)定的、正則的、實有理傳遞函數(shù)構(gòu)成的集合。

20、可選地，s3，對模型的最優(yōu)性能表達(dá)式進(jìn)行簡化，包括：

21、計算基于有理傳遞函數(shù)矩陣的互質(zhì)分解gf、計算bezout等式以及計算雙自由度控制器的youla參數(shù)化形式；

22、基于互質(zhì)分解gf、bezout等式以及youla參數(shù)化形式對模型的最優(yōu)性能表達(dá)式進(jìn)行簡化。

23、可選地，基于有理傳遞函數(shù)矩陣的互質(zhì)分解gf，包括：

24、gf＝e-τsnm-1，其中，n和m為互質(zhì)分解后的兩個因子，分別包含所有的非最小相位零點(diǎn)和不穩(wěn)定極點(diǎn)，e-τs代表被控對象中的時延，τ為非負(fù)實數(shù)，s為自變量；

25、bezout等式xm-e-τsyn＝1，其中，x,y∈rh∞；

26、雙自由度控制器的youla參數(shù)化形式如下述公式(5)所示：

27、κ:＝{κ:k＝[k1?k2]＝(x-e-τsrn)-1[q?y-rm],q,r∈rh∞}???(5)，

28、其中，κ表示所有能使得網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)穩(wěn)定的控制器集合。

29、可選地，基于互質(zhì)分解gf、bezout等式以及youla參數(shù)化形式對模型的最優(yōu)性能表達(dá)式進(jìn)行簡化，包括：

30、基于互質(zhì)分解gf、bezout等式以及youla參數(shù)化形式對模型的最優(yōu)性能表達(dá)式進(jìn)行簡化，如下述公式(6)所示：

31、

32、其中，且，

33、可選地，s4中，基于最優(yōu)性能表達(dá)式，計算模型的最優(yōu)跟蹤性能表達(dá)式，包括：

34、對和分別進(jìn)行化簡并選擇合適的控制器參數(shù)q使1-e-τslfmnmq∈h2得到下述公式(7)和公式(8)：

35、

36、基于和的計算結(jié)果得到如下述公式(9)的模型的最優(yōu)跟蹤性能表達(dá)式：

37、

38、另一方面，提供了一種網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化方法，該系統(tǒng)包括：

39、系統(tǒng)模型構(gòu)建模塊，用于建立雙自由度網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型，通過模型獲得雙自由度網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的輸出；

40、最優(yōu)性能表達(dá)式計算模塊，用于根據(jù)誤差信號和跟蹤性能指標(biāo)計算模型的最優(yōu)性能表達(dá)式；

41、簡化模塊，用于對模型的最優(yōu)性能表達(dá)式進(jìn)行簡化；

42、最優(yōu)跟蹤性能計算模塊，用于基于最優(yōu)性能表達(dá)式，計算模型的最優(yōu)跟蹤性能表達(dá)式，完成帶寬有限高斯有色噪聲信道下網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化。

43、另一方面，提供一種網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化設(shè)備，所述網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化設(shè)備包括：處理器；存儲器，所述存儲器上存儲有計算機(jī)可讀指令，所述計算機(jī)可讀指令被所述處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如上述網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化方法中的任一項方法。

44、另一方面，提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)中存儲有至少一條指令，所述至少一條指令由處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)上述網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)跟蹤性能優(yōu)化方法中的任一項方法。

45、本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

46、本發(fā)明提供的方法：1.考慮的模型更為實際，被控對象的非最小相位零點(diǎn)以及不穩(wěn)定極點(diǎn)允許有重根的情況出現(xiàn)，建立了帶寬有限的加性有色高斯噪聲信道下的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模型。

47、2.利用互質(zhì)分解、全通分解和youla參數(shù)化等工具設(shè)計出了一個最優(yōu)雙自由度控制器，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，極大地提高了該系統(tǒng)的跟蹤性能，使得該系統(tǒng)輸出能夠更有效的跟蹤參考輸入。

48、3.通過頻域分析方法，得到了帶寬有限的加性有色高斯噪聲信道下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)跟蹤性能的下確界，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，還給出了信道中的非最小相位零點(diǎn)與跟蹤性能的內(nèi)在聯(lián)系。