专利名称：一种优化lqg控制与通信功率总消耗的方法
技术领域：
本发明属于网络化控制系统领域，涉及一种优化LQG控制与通信功率总消耗的方法。
背景技术：
在网络化控制系统中，传感器、控制器、执行器往往分布各处，并通过共享网络连结成一个整体。这使得系统结构灵活，网络建造和维护成本降低，因此在许多方面都有应用，如自动公路系统。在自动公路系统中，传感器对车辆运行及周边环境状态进行探测，并传输给车载计算机，计算机根据这些信息控制车辆的油门、转向和刹车，从而实现车辆的自动驾驶。由于信息传输采用无线通信技术，因此将面临多径衰落。多径衰落主要是由无线信道的时变多径特征引起。根据信道幅度增益的概率分布多径衰落可分为瑞利衰落、莱斯衰落等；根据信道特征多径衰落又可分为平坦衰落和频率选择性衰落，慢衰落和快衰落。因为多径衰落的影响，信道的信噪比时刻在发生变化，当信噪比很小时，通信将变得十分不可靠。通常在设计控制器时，由于噪声的影响，我们无法得到完美的状态信息，因此需要进行状态估计。而由于多径衰落，数字通信往往存在丢包现象，这容易导致状态估计器的不稳定。因此，一种可替代的方案是基于模拟通信的放大传输策略，此时信息经放大后采用模拟通信的方式进行传输。显然，放大系数越大，信道的信噪比就越大，控制性能就越好，但增大放大系数就意味着增大通信功率，因此放大系数的设计又受到有限功率的约束。基于此，通常设计放大系数的方法是给定最大通信功率，谋求最优控制性能，但这样做容易导致能源的浪费，即虽然没有达到功率限制，但若继续增大通信功率，控制性能的提升将十分有限。
发明内容
本发明的目的是通过设计控制信号、离线设计放大系数使得LQG控制性能与通信功率消耗的总和达到极小，从而实现LQG控制与通信功率总消耗的优化。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种优化LQG控制与通信功率总消耗的方法，主要包括如下步骤:步骤1:对引导车辆的运动过程进行建模，得到状态空间模型；步骤2:传感器发送导频信号到车载计算机，计算机根据接收信号估计信道脉冲响应，并由此得到信道幅度增益；步骤3:传感器测量得到车辆速度，经放大后通过模拟通信装置传输给车载计算机；步骤4:针对步骤I的状态空间模型，考虑LQG控制问题，提出LQG控制性能指标；步骤5:在步骤4的性能指标中进一步考虑通信功率消耗，得到新的性能指标；步骤6:基于离线设计放大系数这个前提，根据步骤5的新性能指标设计控制信号;步骤1:基于步骤6的控制信号设计放大系数；步骤8:将步骤2、3的测量数据及步骤7的放大系数带入步骤6得到控制信号，此时步骤5的新性能指标将达到极小，LQG控制与通信功率总消耗将得到优化。本发明的有益效果是，本发明采用模拟通信传输信息，从而避免了状态估计的不稳定。另外在设计放大系数时将控制与通信过程联合在一起考虑，通过设计控制信号、离线设计放大系数使得LQG控制性能与通信能量消耗的总和达到极小，从而实现了 LQG控制与通信功率总消耗的优化。
图1是系统结构图；图2是仿真结果图。
具体实施例方式本发明针对自动公路系统中引导车辆的控制对象，采用简单的放大传输策略传输信号，整个系统结构如图1所示，其中，一种优化LQG控制与通信功率总消耗的方法如下:步骤1:对自动公路系统中引导车辆的运动过程进行建模，得到状态空间模型；参考S.S.Stankovic, M.J.Stanojevic, D.D.Sil jak: Stochastic inclusionprinciple applied to decentralized overlapping suboptimal Iqg controlof a platoon of vehicles,The International Conference on Computer as aTool, EUR0C0N, 318 - 321 (2005)中的方法进行建模:
权利要求
1.一种优化LQG控制与通信功率总消耗的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)对自动公路系统中引导车辆的运动过程进行建模，得到状态空间模型:
全文摘要
本发明公开了一种优化LQG控制与通信功率总消耗的方法，该方法针对自动公路系统中引导车辆的控制问题，采用简单的放大传输策略，通过设计控制信号、离线设计放大系数使得LQG控制性能与通信功率消耗的总和达到极小，从而实现LQG控制与通信功率总消耗的优化。
文档编号H04W24/02GK103179596SQ201310078930
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者章辉, 田垠 申请人:浙江大学