无线网络控制系统的跨层设计研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文无线网络控制系统的跨层设计研究摘要随着无线技术的飞速发展，无线网络控制系统(WirelessNetworkedControlSystems，简称为WNCS)成为控制界的研究热点。由于无线网络结构变动及存在随机的时延和丢包特点，使得针对有线网络控制系统提出的许多研究方法，对于无线网络控制系统不再适用。本文针对其特点对WNCS中控制器和网络进行了联合跨层设计，使得系统性能达到最优的控制效果。论文的主要内容可以概括如下：1、概述了无线网络控制系统的基本理论、及发展状况和跨层设计的基本思想、方

2、法及应用背景。2、基于无线网络模型对网络层次的参数进行分析，确定了跨层设计的层次；给出了基于无线网络通信的控制系统模型。3、利用带有随机延时和丢包的最优状态反馈控制律，应用分离理论将最优状态反馈跟最优状态估计相结合，得出最优的输出反馈控制器。接着提出了网络传输延时划分的方法，进而根据数据包在网络中传输的延时特性将控制系统建模成Markov模型，并给出了系统的性能指标。以系统性能指标最优来设计各层，从而给出系统跨层设计的方法。4、通过一个数学算例说明了跨层设计的实现过程，并用Matlab计算仿真分析了设计效果。

3、5、对全文进行总结，并对进一步的研究提出一些展望。关键词：无线网络控制系统，网络层次，延时，丢包，跨层设计，性能指标，Markov浙江工业大学硕士学位论文CROSS．LAYERDESIGNSTUDYOFWIRELESSNETWORKEDCONTROLSYSTEMSABSTRACTWiththerapiddevelopmentofwirelesstechnologies，WirelessNetworkedControlSystems(WNCS)hasbecomearesearchhotspotinthecont

4、rolfield．AlotofstudymethodsappliedinwirenetworkedcontrolsystemsareinapplicabletoWNCSbecauseofvariablenetworkstructure，randomdelaysandpacketlosses．Basedonthewirelessnetworkedcharacteristics，thecross-layerdesignofcontrollersandnetworkinWNCSWasstudiedinthisdis

5、sertation，whichwouldmakethesystemscontroloptimization．Theprimarycontentsofthisdissertationareasfollows：1．ThebasictheoryanddevelopmentstatusaboutWNCSWasintroduced．Thebasicidea,methodsandapplicationbackgroundofcross-layerdesignwaspresentedaswell．2．Thelayersof

6、networkwereconfirmedandacontrolsystemmodelWasproposedbasedontheanalysisofnetwork-layerparametersusingnetworkmodelandthecommunicationofwirelessnetworkrespectively．3．Theoptimalstatefeedbackcontrollawwithrandomdelaysandpacketlosseswasusedandtheoptimaloutputfee

7、dbackcontrollerWasobtainedthroughthecombinationoftheoptimalstatefeedbackwiththeoptimalstateestimation，whichWasachievedthroughseparationprinciple．Subsequently,themethodofdividingnetworklayswasproposedbasedondatatransmissioninwirelessnetworks，thenbasedonthech

8、aracteristicsofdatatransmission，aMarkovmodelofsystemswasconstructed，andtheperformanceindexofcontrolsystemswasgiven．Thelayersofnetworkweredesignedwithoptimalperformanceindex，whichledtotheachievementofcr