[发明专利]一种针对多传感网络化控制系统的数据包丢失的补偿方法

摘要

一种针对多传感网络化控制系统的数据包丢失的补偿方法，包括：步骤1)在控制系统的初始状态，控制器切换成本发明的系统模型；步骤2)控制系统中存在的多个传感器分别采集到控制系统的一个状态信息，这些状态信息被分别单独地发送到控制器端；步骤3)控制器在接收到传感器发来的这些信息之后，首先判断是否发生了部分数据包的丢失现象，如果发生了部分数据包的丢失现象，为了保持控制系统的稳定性，则对控制系统的丢失的数据根据步骤一中切换的系统模型进行预测；步骤4)控制器将预测的传感器信号和传感器实际发送过来的信号进行整合组成新的状态向量，进行控制量的计算，并把组成的状态向量保存到本地，然后将计算出来的控制量发送到执行器。

主权项

1.一种针对多传感网络化控制系统的数据包丢失的补偿方法，包括如下步骤：步骤1)在控制系统的初始状态，首先在控制器端建立系统的模型；建立模型的过程表示如下：具体地，控制器接到传感器发来的数据之后，然后在控制器端把系统的模型进行转换；具体过程为对：对一般的离散的线性系统来说，转换之后的系统模型就可以表示为x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)，其中，步骤2)控制系统中存在的多个传感器分别采集到控制系统的一个状态信息，当传感器采集信息结束后，这些状态信息会分别单独地被发送到控制器端，一般用下式来表示传感器的状态xT(k)＝[x1(k),x2(k),…xr(k)]T；出现这种情况的原因主要是因为传感器由于地理上的隔离，分布在不同的地方，从传感器发送到控制器的数据无法打包成一个数据包，因此这些数据包不得不通过单独的通讯信道想控制器发送，进而造成了传感器和控制器之间存在不止一条通讯信道，但是每个单独的信道都可以保证数据包的正常发送和接收，多个数据包在通讯信道中传递数据时就会存在不止一个数据包的丢失问题；步骤3)控制器在接收到传感器发来的这些信息之后，首先判断是否发生了部分数据包的丢失现象，判断依据为：其中如果发生了部分数据包的丢失现象，为了保持控制系统的稳定性，则对控制系统的丢失的数据根据步骤1)中内容切换相应的系统模型进行预测，并进行系统状态的重建；系统状态重建的详细过程可以表述如下：对一般的离散线性系统来讲，x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)x∈Rn,u∈Rn,A∈Rn×n,B∈Rn×m；状态重建的第一个步骤就是把系统矩阵进行分块处理，把A和B拆分成r×r和r×1的块矩阵，r表示传感器的个数，具体过程如下：则丢失的那个传感器的信息可以通过下面的这个式子获得：其中为系统上一时刻的完整的状态信息，为丢失个那个传感器信号；这里的包括两部分，分别为上一时刻系统控制量的预测值和系统实际的测量值。步骤4)控制器将预测的传感器信号和传感器实际发送过来的信号进行整合组成新的状态向量，因此可以得到系统k+1时刻的状态矩阵为：其中r为传感器的数量。然后根据本发明提出的改进了的基于模型的方法进行控制量的计算，并把上述的状态矩阵保存到本地，留待下一次使用，根据下面的式子计算出系统在当前时刻的控制信号：这里的K是反馈增益矩阵。系统在计算出当前的控制信号u(k)之后，会通过通讯网络把u(k)发送到执行器，执行器根据控制信号采取相应的动作之后，再由传感器采集相关的信息发送到控制器。