基于数据包丢失的网络控制系统的能观性分析-论文.pdf

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1、·网络地带基于数据包丢失的网络控制系统的能观性分析李阳陈志标(福建师范大学协和学院信息技术系，福建福州350001)摘要：本文研究了基于一类数据包丢失的网络系统的能观性及控制策略的问题。提出一个网络系统在数据丢失情况后，系统接下来能继续观察需要的条件。基于这个阐述，由数据包丢失所造成的对系统初始状态的观测影响，可以在后续可知的步范围内被补偿描述。最后提出一种NCS的能观性的必要条件。关键词：网络控制系统；数据丢失；能观性1概论控，神经网络等，都有类似的借鉴意义。网络控制系统(NetworkControlSystems，NCS

2、)是一种2系统模型和问题表达式分散控制系统，信息通过网络在传感器，控制器，和执行机构这篇文章研究了单输出离散LTI可观性系统。作此选择有间传输。现如今网络无线化越发普及，网络控制系统，使得数以下原因：(1)对NCS来说，系统主要建立的都是离散时间模型；据搜集，环境监测，人脸信息识别采样和信息交流广泛地应用(2)显而易见，不可观系统在数据包丢失时仍是不可观测的；于民用生活，工业和军队，比如自动导航，远距离识别手术和传这点在文献中已经证明(3)为了简单期间我们考虑单输出情感器网络。况。本文的理念，方法，结论都可以推广到多输出系统

3、中。随着网络的发展，有效数据的传输成为一个重要问题，在一般的单输出离散LTI可观性系统为实际的网络控制过程中，数据包丢失情况是很难避免的。虽然x(k+1)=Ax(k)x(O)=0r9—1、有大量文章讨论如何避免或者阻止数据包的丢失，但是网络信(

4、j})=Cx(k)息传递的信息量大，硬件，和协议，冲突包括黑客问题使得数据式中^为nXn维可逆常数矩阵，cl为nX1向量，Xf为系统七包丢失仍旧是不可避免的，不论是主动性还是被动性丢失，都时采样状态，J，为k时刻的输出。省略11是因为能观性讨论给网络系统的观测造成一定影响。因此开始陆

5、续有相关学者进中，其没有意义。为简化省略掉。行数据包丢失故障检测系统的研究，或者设计一些具有补偿输出数据丢失的单输出离散LTI可观性系统为性能的滤波器等。(+1)=(Jj})(0)=0(2_2)因为网络控制系统的特性，如不确定滞后，数据包丢失，rky(k)=Cx(k)结构特别，网络带宽限制等等，经典的控制理论不能直接应用式中A为nXn维可逆常数矩阵，C~nXl向量，序列fr代表于网络控制系统。但未来控制研究的主流方向仍是对网络的控数据丢失的概率，是一个独立分布的Bernoulli随机变量，其中制。P(rx=1)r。在控制理论

6、中系统的能控性和可观性是说明系统内部特引理1：征的两个基本概念，是最优控制和最优估计的设计基础，有着式2-1所描述的未发生数据丢失的系统能观测的充分必要及其重要作用，并且被广泛地研究。对线性时变系统来说，能条件是，则其能观性矩阵控性是限定的，控制信号和控制时间可以被预先设定。NCS能控M=lCCA⋯CA『满秩，即rankM=，l能观性研究的主要方向是，时滞，带宽限制，NCS特性的不同模3丢包网络控制系统的能观性分析型。关于时滞，控制系统性能降低，和系统的特性的文章很多定理1：针对系统2—2，设第k次y数据丢失，则最少需要[5

7、-6]。在通信限制内，文章利用R．Brockett提出的通信序列，连续观测n次才能观测回来用来分析具有限制通信的一系列线性系统的控制问题。然而目证明：为方便推导，先给出矩阵s的定义如下：前为止，数据丢失对系统能控性和能观性的影响并没有完整探S：M～=0l⋯SJ讨。数据包丢失，NCS常见的一个现象在讨论能控能观性时，并从式2-2有没有多少涉及。关于此类丢包系统的能控性在中被阐述。x(k)=Ax(O)．这篇文章，研讨了具有数据包丢失的NCS的能观性和观测r,y(k)=CAx(O)策略的问题。能观性则是能控性的对偶。但其表示的是输

8、出y写成矩阵形式为：反映状态向量X的能力，与控制作用无直接关系，所以大部分系C统分析能观测性是都不考虑输入，使得系统讨论相对简单。然CA而数据包的随机丢失带来NCS系统不确定性，会使得讨论复杂●x(O)=Mx(O)(2-4)：化。因此本文继续阐述了，在网络数据包丢失的情况下，能否通CA一过有限的继续观测步数，达到重新回复对初始状态的观测。R)9一个nXn维矩阵，代表数据丢失阵，若第11行为0，则表此类研究对其他类系统数据丢失，比如图像采集，视频监示y数据丢失其中基金项目：福建省教育厅B类科技项目课题JBl1257，负责人：李

9、xi为其对应的映射分量阳。(下转第18页)16日圜目圆·网络地带信方和发信方使用的密钥互不相同，而且几乎不可能从加密密术建设，强化使用人员和管理人员的安全防范意识。网络内使钥推导出解密密钥。其优点是可以适应网络的开放性要求，且用的IP地址作为一种资源以前一直为某些管理人员所忽略，为密钥管理