基于丢包和带宽限制网络化系统稳定性分析.pdf

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1、第31卷第8期控制理论与应用Vb1．31NO．82014年8月ControlTheory&ApplicationsAug．2014D0I：1O．7641／C1IA．2014．31053基于丢包和带宽限制网络化系统稳定性分析詹习生，一，吴杰¨，关治洪，姜晓伟(1．湖北师范学院机电与控制工程学院，湖北黄石435002；2．华中科技大学自动化学院，湖北武汉430074)摘要：基于数据包丢失和网络带宽限制研究了网络化系统稳定性问题．通信网络的特征通过数据包丢失、带宽和加性白噪声来体现．采用频域的方法得到了网络化系统稳定所需信噪比的

2、最小(极限)值．该最小(极限)值说明了网络化系统稳定所需信噪比是由通信网络通道的丢包率、带宽、系统的不稳定极点的位置和非最小相位零点的位置决定．研究结果进一步揭示网络化系统稳定所需信噪比的最小(极限)值与系统本质特征(非最小相位零点的位置和不稳定极点的位置)和通信网络参数(数据包丢失和带宽)的关系．仿真结果说明该理论的正确性．关键词：不稳定极点；非最小相位零点；网络化系统；丢包率；带宽中图分类号：TP273文献标识码：AStabilityanalysisofnetworkedsystembasedonpacketdropo

3、utsandbandwidthconstraintsZHANXi—sheng1，2WUJieltGUANZhi—hong2JIANGXiao—wei1，，，(1．CollegeofMechatronicsandControlEngineering，HubeiNormalUniversity,HuangshiHubei435002，China；2．CollegeofAutomation，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei430074，China)Abstra

4、ct：Thestabilityofnetworkedsystemwithpacketdropoutsandnetworkbandwidthconstrainsisinvestigated．Thecommunicationnetworkischaracterizedbypacketdropouts，bandwidthandtheadditivewhitenoise．Theminimalvalueofsignal-to-noiseratiotostabilizethenetworkedsystemisobtainedbyfre

5、quency—domainapproach．Itisshownthattheminimalvalueisheavilydependentonnonminimumphasezeropositions，unstablepolepositionsofthegivenplant，thepacketdropoutprobabilityandthebandwidthofcommunicationnetwork．Theobtmnedresultshowstherelationshipamongthestabilityofnetworke

6、dsystem，structuralcharacteristicsofthegivenplant(non—minimumphasezeropositionsandunstablepolepositions)andcommunicationnetworkparameters(packetdropouts，bandwidth)．Atypicalexampleisgiventoillustratethetheoreticalresults．Keywords：unstablepoles；nonminimumphasezeros；n

7、etworkedsystems；packetdropoutprobability；bandwidth1引言(Introduction)在近几年中，网络化系统已广泛应用于许多领域，控制系统的性能极限研究一直是一个重要的研究如工业自动化、分布式移动通信、无人机等【4-5】．在网方向．目前，国内外许多学者从事文献[1—3]这方面的络化系统带来很多优点的同时，也给人们生活带来了研究．文献[2】手旨出线性时不变系统的性能极限是由系许多新的挑战．在网络化系统中，数据是通过通信网统的不稳定极点的位置和非最小相位零点的位置决络传递的，而通

8、信网络的带宽和信道容量(信噪LL)有定的；文献[3]中进一步指出，多输入多输出系统的性限，就会产生数据包丢失和延时的问题，这些问题往能极限不仅由系统的非最小相位零点的位置和不稳往会导致系统性能下降，甚至导致系统不稳定．而传定极点的位置决定的，而且还与零点方向和极点方向统的控制理论技术不能简单地应用于网络