[发明专利]一种事件触发控制与无线通信联合系统的设计方法

权利要求书

1.一种事件触发控制与无线通信联合系统的设计方法，联合系统包括设备、调度器、非理想的无线通信信道、控制器；调度器采集设备k时刻的状态x_k，同时通过信道估计获取当前信道增益h_k以确定当前信道条件下信息传输能否成功，然后验证事件触发条件是否满足，若触发条件满足，且信息能成功发送，则将k时刻设备的状态发送给控制器，否则不发送；若控制器在k时刻收到了来自调度器的信息，则获得设备在k时刻真实的状态，若未收到调度器的信息，则控制器需对设备k时刻的状态进行估计，得到估计状态控制器依照设备k时刻的真实状态或估计状态发出控制命令，设备根据之前的状态和接收到的控制指令对状态进行更新；

其特征在于，所述的设计方法包括：

S1、对于线性时不变设备，离散状态的动态过程由如下方程描述：

x_k+1＝Ax_k+Bu_k+w_k, (1)

其中，x_k+1是设备在k+1时刻的状态，u_k表示控制输入，A、B是系统参数矩阵，其维度与x_k有关，w_k是过程噪声，为零均值高斯随机变量，不同时刻的噪声相互独立，且分布相同；

S2、计算信息成功传输的概率P_f：先通过实验统计获得信道增益h的概率分布密度m(h)，则传输信号在k时刻的信噪比为：

其中，h_k表示k时刻的信道增益，p₀表示发射功率，N₀表示无线信道中加性高斯白噪声的功率；则信息经无线信道能被成功接收的概率为：

其中，SNR_th是保证信息无失真传输的最小信噪比；

S3、推导k时刻设备的真实状态x_k和估计状态状态之间的关系式：

真实状态值由式(1)给出，估计状态值由下式给出，

其中，的表达式如下：

γ_k表示k时刻信息是否成功传输的标志，γ_k＝1表示控制器成功接收到调度器发送的信息，γ_k＝0表示控制器未接收到调度器发送的信息；则设备的真实状态x_k和估计状态状态之间的关系式为：

其中，n表示自上一次成功传输信息后到当前时刻未能传输信息的次数；

根据(7)式，定义事件触发的判决变量RP_k为：

由此，得到事件触发的条件为：

δ_k是事件是否触发的标志，δ_k＝1表示事件触发，δ_k＝0表示事件未触发，S_th是事件触发的门限；

S4、由平均误差成本E_a和成功传输概率P_f确定触发概率：

定义误差e_k为：

则平均误差成本E_a的表达式为：

令理想信道下的触发概率为P_TR，则有P{γ_k＝1}＝P_TR，P{γ_k＝0}＝1-P_TR，则E_a与P_TR满足关系式：

其中，W是(1)中w_k的方差，为常数；P_TR与E_a是负相关的，且一一对应，即E_a随P_TR单调递减，设满足E_a≤E_ath时的触发概率为P_tr，则在考虑无线通信的影响后，触发概率变为：

其中，P_tr、P_f都必须在区间(0,1)内；

S5、确定事件触发的门限S_th：设RP_k的概率密度函数为f(RP_k)，累积分布函数为F(RP_k)，则触发概率P_tr和触发门限S_th有下述关系：

由(14)式可得触发门限为：

S_th＝F^-1(F(0)+P_tr), (15)

S6、根据设定时间间隔测量信道情况，测算信息成功发送的概率，统计平均误差成本，再执行S4、S5步骤，依据平均误差成本，确定P_tr，从而得到修正的触发概率和触发门限。