本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器及其編碼方法。

背景技術(shù)：

隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化和工業(yè)自動(dòng)化等技術(shù)不斷融合，相互促進(jìn)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，逐漸形成，并廣泛應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中，傳感器和控制器是在空間上分離的，并通過(guò)一個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)連接，例如，無(wú)人駕駛飛行器、無(wú)人駕駛水上艦艇或無(wú)人駕駛陸上車(chē)輛等。傳感器測(cè)量到的系統(tǒng)參數(shù)需要量化、編碼，采用數(shù)字通信方式在空間進(jìn)行無(wú)線傳輸。用于控制系統(tǒng)的編碼器必須能夠適應(yīng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，還要確?？刂菩阅苤笜?biāo)達(dá)到要求。目前，雖然已經(jīng)存在許多編碼器的設(shè)計(jì)方案，但是專(zhuān)門(mén)針對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案較少。因此，需要設(shè)計(jì)一種適合于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的編碼器。

另外，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也越來(lái)越大。一些復(fù)雜控制系統(tǒng)可能含有幾千甚至于幾萬(wàn)個(gè)傳感器。完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸所需要的傳輸速率常常會(huì)超過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信信道的信道容量，常常導(dǎo)致數(shù)據(jù)包傳輸延遲、丟失、亂序等問(wèn)題發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，大大降低了系統(tǒng)控制性能，甚至于導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，數(shù)據(jù)的傳輸速率存在一個(gè)上界限定，即傳輸速率不能大于信道容量。對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)來(lái)講，在確保其各項(xiàng)控制性能指標(biāo)的條件下，如何設(shè)計(jì)一個(gè)編碼器，使得數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸所需要的傳輸速率最小化，是一個(gè)非常有價(jià)值的研究課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器及其編碼方法，適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，使得傳輸速率最小化，并能夠確保滿足系統(tǒng)控制性能指標(biāo)要求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一方面，本發(fā)明提供一種基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器，包括依次連接的系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換電路、數(shù)據(jù)采樣保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器；

系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換電路連接控制系統(tǒng)的狀態(tài)觀測(cè)器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)的坐標(biāo)變換；數(shù)據(jù)采樣保持器用于對(duì)變換后的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；數(shù)字信號(hào)處理器中集成信號(hào)處理的軟件功能模塊，包括數(shù)字濾波器模塊、事件觸發(fā)器模塊、量化編碼模塊、數(shù)據(jù)包生成模塊和傳輸速率計(jì)算模塊；

數(shù)字濾波器模塊用于對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，減小噪聲和干擾信號(hào)的影響；事件觸發(fā)器模塊用于根據(jù)濾波后的采樣信號(hào)判定是否觸發(fā)量化編碼模塊，進(jìn)而進(jìn)行量化編碼和數(shù)據(jù)傳輸；量化編碼模塊用于在事件觸發(fā)模塊判定觸發(fā)后，采用能夠滿足控制系統(tǒng)要求的實(shí)時(shí)編碼策略，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行傳輸速率最小化的量化編碼；數(shù)據(jù)包生成模塊用于在完成信號(hào)的量化編碼后，根據(jù)控制系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議生成符合傳輸標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包；傳輸速率計(jì)算模塊用于根據(jù)生成的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)化成適合無(wú)線通信信道傳輸?shù)男盘?hào)，并計(jì)算出傳輸該信號(hào)所需的傳輸速率；

事件觸發(fā)器模塊的判定依據(jù)為“系統(tǒng)性能變化超界”事件或“傳輸速率超速”事件是否發(fā)生；“系統(tǒng)性能變化超界”事件為，對(duì)于給定的系統(tǒng)性能指標(biāo)，系統(tǒng)實(shí)際性能偏離程度超過(guò)了上界限制；“傳輸速率超速”事件為，系統(tǒng)實(shí)際性能偏離程度沒(méi)有超過(guò)上界限制，但是系統(tǒng)狀態(tài)值變化太大，超過(guò)了所需傳輸速率的上界限制。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換電路采用lm358芯片；所述數(shù)據(jù)采樣保持器采用opa615芯片；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ad80141芯片；所述數(shù)字信號(hào)處理器采用tms320c6455芯片；所述數(shù)字濾波器模塊采用積分梳狀濾波器。

另一方面，本發(fā)明還提供一種上述基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器的編碼方法，通過(guò)控制系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器來(lái)獲取系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)，基于系統(tǒng)矩陣計(jì)算變換矩陣，然后設(shè)定系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換電路參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)的坐標(biāo)變換；經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采樣保持器對(duì)變換后的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行采樣，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)其進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；再通過(guò)數(shù)字濾波器模塊對(duì)其濾波，減小噪聲和干擾信號(hào)的影響；進(jìn)行量化編碼觸發(fā)時(shí)間判斷，通過(guò)事件觸發(fā)器模塊判斷“系統(tǒng)性能變化超界”事件或“傳輸速率超速”事件是否發(fā)生，若兩事件之一發(fā)生，則立即觸發(fā)量化編碼模塊，基于控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)量化和編碼，實(shí)現(xiàn)最小傳輸速率的量化編碼；完成信號(hào)的量化編碼后，再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議生成便于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)化成可以適合無(wú)線通信信道傳輸?shù)男盘?hào)，并計(jì)算所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，對(duì)信號(hào)進(jìn)行無(wú)線傳輸。

進(jìn)一步地，系統(tǒng)狀態(tài)量化的方法為，針對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行坐標(biāo)變換，最大程度地消除各個(gè)狀態(tài)變量之間的關(guān)聯(lián)程度，再根據(jù)系統(tǒng)矩陣特征值和控制性能指標(biāo)來(lái)設(shè)定量化參數(shù)，然后對(duì)變換后的系統(tǒng)狀態(tài)變量采用均勻量化法進(jìn)行量化，具體為：計(jì)算矩陣m使得h＝m^tgm，其中，矩陣h為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，矩陣g為γi為系統(tǒng)矩陣的第i個(gè)特征值，t為相鄰兩次發(fā)送數(shù)據(jù)間隔時(shí)間；對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行坐標(biāo)變換，變換后的系統(tǒng)狀態(tài)為：對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量采用均勻量化法進(jìn)行量化，對(duì)進(jìn)行量化的量化級(jí)數(shù)為eti，則條件成立，其中，β＞1，其值大小由給定控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)確定；

系統(tǒng)狀態(tài)編碼的方法為，基于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求及動(dòng)態(tài)變化方程，消除前后碼符號(hào)之間的關(guān)聯(lián)，采用最短的等長(zhǎng)碼編碼策略進(jìn)行編碼；設(shè)編碼后的碼符號(hào)為其中，

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明提供的一種基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器及其編碼方法，適合于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)要求，具有實(shí)時(shí)性，根據(jù)“系統(tǒng)性能變化超界”事件和“傳輸速率超速”事件來(lái)觸發(fā)量化編碼，可以實(shí)現(xiàn)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率最小化，可以大大降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信帶寬的要求，同時(shí)能確保達(dá)到給定的系統(tǒng)控制性能指標(biāo)要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換電路原理圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)據(jù)采樣保持電路原理圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路原理圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的編碼器編碼方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，如圖1所示，主要包括被控對(duì)象、傳感器、編碼器、解碼器、控制器、執(zhí)行器、通信網(wǎng)絡(luò)等部分。本實(shí)施例提供一種基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器，主要適用于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，特別適合于具有大量傳感器的復(fù)雜控制系統(tǒng)。傳感器與控制器之間通過(guò)無(wú)線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)連接，可以降低系統(tǒng)成本、便于維修維護(hù)。

一種線性時(shí)不變控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程表示為：

ct＝fst

其中，st∈rⁿ，表示系統(tǒng)狀態(tài)；ut∈r^p，表示控制輸出；nt∈r^q，表示系統(tǒng)噪聲和干擾信號(hào)；ct∈r^m，表示通過(guò)傳感器測(cè)量到的系統(tǒng)參數(shù)值；h、b、l、f是適當(dāng)維數(shù)的矩陣。

通過(guò)傳感器測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)值，再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器可以估計(jì)出系統(tǒng)狀態(tài)值。由于傳感器和控制器是地理上分離的，并通過(guò)一個(gè)無(wú)線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)連接，因此需要對(duì)觀測(cè)到的系統(tǒng)狀態(tài)值進(jìn)行量化、編碼，再進(jìn)行傳輸。通信網(wǎng)絡(luò)的信道存在一個(gè)信道容量，傳輸速率不能超過(guò)這個(gè)信道容量。復(fù)雜控制系統(tǒng)可能包含幾千甚至幾萬(wàn)個(gè)傳感器，數(shù)據(jù)傳輸所需要的傳輸速率可能很大，但是一定要小于信道容量。另外，控制系統(tǒng)通常會(huì)有一些控制性能指標(biāo)要求，系統(tǒng)狀態(tài)信息的傳輸要能夠確保這些性能指標(biāo)滿足要求。

針對(duì)上述的控制系統(tǒng)，本實(shí)施例提供一種基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器，如圖2所示，包括依次連接的系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換電路、數(shù)據(jù)采樣保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器。

系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換電路連接控制系統(tǒng)的狀態(tài)觀測(cè)器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)的坐標(biāo)變換。本實(shí)施例采用lm358芯片，如圖3所示，為一個(gè)三維系統(tǒng)狀態(tài)變量的坐標(biāo)變換電路，可以根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)狀態(tài)分量個(gè)數(shù)擴(kuò)展電路，實(shí)現(xiàn)更多維數(shù)變換。lm358是雙運(yùn)算放大器，內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器。系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器輸出信號(hào)連接到st1、st2和st3管腳，管腳是輸出，連接到下級(jí)電路數(shù)據(jù)采樣保持器。

數(shù)據(jù)采樣保持器用于對(duì)變換后的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。本實(shí)施例采用opa615芯片，如圖4所示，opa615包含一個(gè)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器、一個(gè)緩沖放大器和一個(gè)并發(fā)開(kāi)關(guān)電路。通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)電路的使能和關(guān)斷控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采樣，以便后面的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。st管腳是信號(hào)輸入，st_out是輸出，連接到下級(jí)電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例采用ad80141芯片，如圖5所示，ad80141是一個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，主要參數(shù)為：?jiǎn)瓮ǖ溃畲蟛蓸宇l率為fs＝145msps，輸出數(shù)據(jù)11位，工作溫度為-40℃-85℃。ad80141芯片的30和31管腳是信號(hào)出入，變換后的結(jié)果通過(guò)2-14管腳輸出，并連接到下級(jí)電路數(shù)字信號(hào)處理器tms320c6455芯片。

數(shù)字信號(hào)處理器中集成信號(hào)處理的軟件功能模塊，包括數(shù)字濾波器模塊、事件觸發(fā)器模塊、量化編碼模塊、數(shù)據(jù)包生成模塊和傳輸速率計(jì)算模塊。數(shù)字濾波器模塊采用積分梳狀濾波器，用于對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，減小噪聲和干擾信號(hào)的影響。事件觸發(fā)器模塊用于根據(jù)濾波后的采樣信號(hào)計(jì)算判定是否觸發(fā)量化編碼模塊，進(jìn)而進(jìn)行量化編碼和數(shù)據(jù)傳輸，其判定依據(jù)為“系統(tǒng)性能變化超界”事件或“傳輸速率超速”事件是否發(fā)生；“系統(tǒng)性能變化超界”事件為，對(duì)于給定的系統(tǒng)性能指標(biāo)，系統(tǒng)實(shí)際性能偏離程度超過(guò)了上界限制；“傳輸速率超速”事件為，系統(tǒng)實(shí)際性能偏離程度沒(méi)有超過(guò)上界限制，但是系統(tǒng)狀態(tài)值變化太大，超過(guò)了所需傳輸速率的上界限制。量化編碼模塊用于在事件觸發(fā)模塊判定觸發(fā)后，采用能夠滿足控制系統(tǒng)要求的實(shí)時(shí)編碼策略，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行傳輸速率最小化的量化編碼。數(shù)據(jù)包生成模塊用于在完成信號(hào)的量化編碼后，根據(jù)控制系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議生成符合傳輸標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包。傳輸速率計(jì)算模塊用于根據(jù)生成的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)化成適合無(wú)線通信信道傳輸?shù)男盘?hào)，并計(jì)算出傳輸該信號(hào)所需的傳輸速率。數(shù)據(jù)包中除了含有控制系統(tǒng)狀態(tài)信息以外，還要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層等數(shù)據(jù)格式的要求，增加一些傳輸數(shù)據(jù)，以確保控制系統(tǒng)狀態(tài)信息能夠安全準(zhǔn)確地發(fā)送給控制器。

本實(shí)施例編碼器的編碼方法如圖6所示，通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器獲得系統(tǒng)狀態(tài)值，然后通過(guò)坐標(biāo)變換電路對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)變換，最大程度地消除狀態(tài)分量之間的相關(guān)程度。然后通過(guò)數(shù)據(jù)采樣保持器電路對(duì)變換后的狀態(tài)值進(jìn)行采樣，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量?？紤]到系統(tǒng)中存在噪聲和干擾，通過(guò)數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。根據(jù)給定的系統(tǒng)控制性能指標(biāo)、系統(tǒng)狀態(tài)和傳輸速率上界，通過(guò)觸發(fā)時(shí)間判斷模塊計(jì)算分析觸發(fā)時(shí)間。量化編碼的時(shí)間是采用事件觸發(fā)方式，事件觸發(fā)時(shí)間要根據(jù)給定的控制系統(tǒng)性能指標(biāo)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、傳輸速率上界來(lái)計(jì)算判定。如果觸發(fā)事件判斷發(fā)生，則通過(guò)量化編碼模塊進(jìn)行量化編碼。再根據(jù)通信協(xié)議，通過(guò)數(shù)據(jù)包生成模塊生成數(shù)據(jù)包，發(fā)送系統(tǒng)狀態(tài)信息給控制器。最后，通過(guò)傳輸速率計(jì)算計(jì)算發(fā)送狀態(tài)信息所需要的傳輸速率。

本實(shí)施例所述的編碼方法主要步驟包括以下四點(diǎn)。

(1)量化編碼觸發(fā)時(shí)間判斷

在上述控制系統(tǒng)中，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)值，通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器得到系統(tǒng)狀態(tài)值，并根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程分析系統(tǒng)狀態(tài)的未來(lái)變化趨勢(shì)。基于給定的系統(tǒng)控制性能指標(biāo)要求，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析判斷。對(duì)于給定的系統(tǒng)性能指標(biāo)，如果系統(tǒng)實(shí)際性能偏離程度超過(guò)了上界限制，就立刻觸發(fā)編碼器，對(duì)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行量化、編碼，并把狀態(tài)信息通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制器，改善系統(tǒng)控制性能，使其達(dá)到給定的控制性能指標(biāo)要求。這種判定觸發(fā)時(shí)間的事件稱(chēng)為“系統(tǒng)性能變化超界”事件。

設(shè)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)為θ(t)。針對(duì)不同的控制系統(tǒng)，控制性能指標(biāo)θ(t)可以采取不同形式。令vt＝st^tpst表示李雅普諾夫函數(shù)，其中p為權(quán)矩陣。定義其中，v0為系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)值，則期望的系統(tǒng)狀態(tài)應(yīng)滿足下面的約束條件：

令δtm表示從信號(hào)采樣到控制器獲得系統(tǒng)狀態(tài)信息并開(kāi)始實(shí)施控制之間的時(shí)間間隔上界。如果在t時(shí)刻，下列條件成立：

那么，判定在t時(shí)刻“系統(tǒng)性能變化超界”事件發(fā)生，應(yīng)立刻對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行量化編碼，并傳輸數(shù)據(jù)給控制器。

另外，如果系統(tǒng)實(shí)際性能偏離程度沒(méi)有超過(guò)上界限制，但是系統(tǒng)狀態(tài)值變化太大，超過(guò)所需傳輸速率的上界限制，也要立刻觸發(fā)編碼器，對(duì)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行量化、編碼，并把狀態(tài)信息通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制器。這種判定觸發(fā)時(shí)間的事件稱(chēng)為“傳輸速率超速”事件。

設(shè)通信信道的信道容量為c，系統(tǒng)狀態(tài)量化編碼后，根據(jù)通信協(xié)議生成數(shù)據(jù)包，計(jì)算得到的傳輸速率為rt，傳輸速率上界為其中，α∈(0，1)，其值大小由具體的通信網(wǎng)絡(luò)確定。如果在t時(shí)刻，下列條件成立：

那么，判定在t時(shí)刻“傳輸速率超速”事件發(fā)生，應(yīng)立刻對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行量化編碼，并傳輸數(shù)據(jù)給控制器。

(2)系統(tǒng)狀態(tài)量化

控制系統(tǒng)狀態(tài)需要通過(guò)無(wú)線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制器。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)狀態(tài)是模擬量，所以需要對(duì)其進(jìn)行量化，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便于通過(guò)數(shù)字信道傳輸。本實(shí)施例提供的系統(tǒng)狀態(tài)量化的方法與現(xiàn)有的量化策略不同的是：針對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行坐標(biāo)變換，最大程度地消除各個(gè)狀態(tài)變量之間的關(guān)聯(lián)程度，再根據(jù)系統(tǒng)矩陣特征值和控制性能指標(biāo)來(lái)設(shè)定量化參數(shù)，然后對(duì)變換后的系統(tǒng)狀態(tài)變量采用均勻量化法進(jìn)行量化。

設(shè)γi為系統(tǒng)矩陣的第i個(gè)特征值，t為相鄰兩次發(fā)送數(shù)據(jù)間隔時(shí)間。計(jì)算矩陣m使得h＝mtgm，其中，矩陣g為對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行坐標(biāo)變換，變換后的系統(tǒng)狀態(tài)為：

對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量采用均勻量化法進(jìn)行量化，對(duì)進(jìn)行量化的量化級(jí)數(shù)為eti，則下列條件成立：

其中，β＞1，其值大小由給定控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)確定。

(3)系統(tǒng)狀態(tài)編碼

針對(duì)上述方法獲得的系統(tǒng)狀態(tài)量化值，進(jìn)行編碼。本實(shí)施例提供的系統(tǒng)狀態(tài)編碼的方法是基于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求以及其動(dòng)態(tài)變化方程來(lái)設(shè)計(jì)的，消除前后碼符號(hào)之間的關(guān)聯(lián)，提高解碼速度，采用最短的等長(zhǎng)碼編碼策略，減少傳輸時(shí)間延遲。

設(shè)編碼后的碼符號(hào)為：

(4)數(shù)據(jù)包生成和傳輸速率計(jì)算

根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議來(lái)生成符合傳輸標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中除了含有控制系統(tǒng)狀態(tài)信息以外，還要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層等數(shù)據(jù)格式的要求，增加一些傳輸數(shù)據(jù)，以確?？刂葡到y(tǒng)狀態(tài)信息能夠安全準(zhǔn)確地發(fā)送給控制器。再根據(jù)生成的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)化成可以適合無(wú)線通信信道傳輸?shù)男盘?hào)，并計(jì)算出傳輸該信號(hào)所需的傳輸速率。

設(shè)編碼后對(duì)應(yīng)的傳輸速率為rti，則有

系統(tǒng)傳輸速率一定滿足如下的條件：

本實(shí)施例提供的基于事件觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)編碼器及其編碼方法，適合于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)要求，特別是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性，判定量化編碼觸發(fā)時(shí)間根據(jù)“系統(tǒng)性能變化超界”事件和“傳輸速率超速”事件來(lái)觸發(fā)量化編碼，僅僅當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)，才進(jìn)行量化編碼，并發(fā)送數(shù)據(jù)。另外，再通過(guò)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的坐標(biāo)變換，最大程度地消除狀態(tài)變量之間的相關(guān)程度，然后再進(jìn)行量化編碼，從而實(shí)現(xiàn)所需的傳輸速率最小化，可以大大降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信帶寬的要求，同時(shí)能確保達(dá)到給定的系統(tǒng)控制性能指標(biāo)要求。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。