[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

说明书

本发明属于无线通信与无线控制的交叉技术领域，具体涉及一种事件触发控制与无线通信联合系统的设计方法。本发明提出一种自触发的事件触发方案，可以依据当前已知信息预测下一次触发的时刻，从而不需要频繁地对设备的状态进行测量和采样，相对于传统的时间触发控制和事件触发控制，本发明所提方案大大降低了能耗，具有良好的通信性能。特别地，本发明考虑了无线通信过程中的真实情景，提出了一种对无线通信和无线控制进行联合设计的方法，从而获得了较好通信性能和控制性能，这使得本发明更具有实际意义、更具有实用性。

技术领域

本发明属于无线通信与无线控制的交叉技术领域，具体涉及一种事件触发控制与无线通信联合系统的设计方法。

背景技术

近些年来，事件触发控制被提出来替代传统的时间触发控制方案以减轻通信的负担，降低能耗和成本。虽然传统的时间触发控制系统设计简单，采样方便，但是频繁地、不必要的采样会造成能量的浪费，这对于在无线控制系统中通常采用电池驱动的传感器是极为不利的，会大大降低传感器的使用寿命。因此，为了降低通信传输的负载，减少能量的损耗，节约资源，事件触发控制方案得到了越来越多的关注。事件触发的思想是，给定一个门限值，当这个门限值被违背后，才会触发传输，这样，就可以大大减少采样的数据的传输，而不像时间触发控制那样传输每个采样的数据。事件触发控制也有很多类型，比如，一种连续的事件触发方案，这种方案是对测量的状态和状态反馈循环反馈的状态进行比较，但这种方案对硬件要求高。为了克服这种缺点，又有一种周期的事件触发控制方案，就是去周期的验证事件触发条件是否满足。然而，最近，一种更优的事件触发方案被提出来了，即自触发的方案，这种方案不需频繁地或周期地去采样、验证，而是根据当前的状态等已知信息去预测下一次触发的时间，这种方案是主动的触发方案，相对于其他被动的触发方案更有优势。

在典型的网络控制系统中，传感器或者调度器的信息需要经由无线网络才能传送给控制器。因此，在采用事件触发控制方案的网络控制系统中，设备状态的传输也要涉及到无线通信。然而，大多设计事件触发方案的研究者都假定无线网络是理想的，忽略了时延、误码率、丢包率的影响，或者把无线信道建模为理想的加性高斯白噪声信道。这意味着，当满足触发条件时，发送端需要传输信息，发送的信息一定能成功的到达接收端。然而，实际应用中，信道并非理想的，存在着衰落和噪声，典型的是在工厂场景中，存在着深度衰落，这种衰落会导致传输失败，接收端无法获得正确的信息。此外，发送端是功率受限的，即最大发送功率不可能像一些文献中假定的那样充分大，而是受到限制的。因此，通信的影响会导致接收端无法及时获得最新的状态，可能会导致误差变大，控制性能变差。因此，事件触发控制方案和无线通信需要联合起来设计。

为了降低能量损耗，延长传感器的使用寿命，获得良好的控制性能，需要一种对事件触发控制和无线通信联合设计的方法。

发明内容

本发明的目的，研究事件触发控制系统中无线通信对事件触发控制的影响，特别如何设计事件触发方案以及适应信道的触发参数，使得在不影响控制性能的条件下，最小化能量损耗和触发次数。针对上述问题，提出一种对通信控制进行联合设计的自触发的事件触发方案。

为了方便描述本发明的内容，首先对本发明所使用的术语和模型进行介绍：

事件触发控制(ETC，Event Triggered Control)：一种采样数据只有在给定的门限被违背后才会被传输的控制机制。

时间触发控制(TTC，Time Triggered Control)：一种采样数据每隔一定周期就被传输的控制机制

无线通信(WC，Wireless Communication)：利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。

控制系统(CS,Control System)：由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。