[发明专利]基于对数量化的网络控制系统L2-L∞滤波信息处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络控制系统，尤其是涉及基于对数量化的网络控制系统L₂-L_∞滤波信息处理方法。

背景技术

传统的控制系统采用点对点的传输模式，通过一些专用线路将采集到的信号从传感器传送到控制器，再将控制信号从控制器传送到执行器，实现对被控对象的控制。随着工业的快速发展，要求生产设备不能局限与一个厂房或者很小的区域内，传统的控制系统已经不能适应生产的需要，在这种情况下，网络控制系统逐渐兴起。网络控制系统融合了控制、通信、网络等多技术，具有开放性、互操作性、互换性、可集成性、系统可靠性高、可维护性好及低成本等优点，已经在工业自动化控制、智能交通、航空航天以及国防等领域得到了广泛的应用。

尽管网络控制系统具有很多优点，然而，由于信号通过网络传输，带来了一些新的间题。由于通信网络的存在、周围的环境以及系统本身的一些特性，不可避免的存在一些干扰，如电磁辐射干扰，网络中的丢包、时延、乱序、误码等。因此，在网络控制系统中，如何在接收端还原原始信号成为了必须解决的问题。实际应用中，常用的滤波器有：卡尔曼滤波器、鲁棒H₂滤波器，鲁棒H_∞滤波器以及鲁棒L₂-L_∞滤波器等。卡尔曼滤波器是一种发展成熟的经典滤波器，它可以实现信号的滤波和预测；其存在的缺陷是只能针对噪声为高斯白噪声的条件下进行滤波，因此，其使用范围受到了限制。对于其它种类的滤波器，针对时滞系统及网络控制系统的鲁棒滤波器已经有一些研究，如：Mehrdad Sahebsara，岳东等人设计了一些相应的滤波器。

目前的这些滤波器的设计中都假设信号传输(包括采集到的信号从传感器传送到控制器以及控制信号从控制器传送到执行器)为无损传输，而忽略了网络控制系统中的量化因素。如图1所示，一方面，由于控制系统中的信号往往是连续的模拟信号，而要通过网络进行传输必须将这些信号转化二进制的离散的数字信号，因此，网络控制系统在信号传输前必须对原始信号进行采样，然后进行量化、编码，接着，在信号接收端接收到信号后进行解码。另一方面，由于网络带宽有限，为了减少网络的拥塞，在保证信号信息量足够的前提下，必须对信号进行量化，并需要减小采样速率和编码长度，从而减少单位时间内所需传输的数据包数量。量化就是通过量化器将实际信号转换成一个在有限集中取值的分段信号。由于量化的存在，不可避免的会带来量化误差，量化误差的存在会对系统的性能造成一些影响，严重时甚至可能产生极限环和混沌现象，因此，在控制系统设计中量化误差是必须考虑的。从现有的文献来看，现有的滤波信息处理方法设计过程中，为了简化运算，还没有设计者将量化因素考虑在内。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供基于对数量化的网络控制系统L₂-L_∞滤波信息处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于对数量化的网络控制系统L₂-L_∞滤波信息处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)网络控制系统发送端对输入的信号进行采样、量化以及编码处理后发送给接收端；

2)接收端对接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输给滤波器；

3)滤波器对接收到的数据进行滤波处理，还原原系统信息。

所述的步骤1)中的网络控制系统建模后的状态方程如下：