CN109474457A - 一种60GHz毫米波设备的动态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种60GHz毫米波设备的动态控制方法，根据网络服务质量状况和设备状态参数构建系统辨别和参数估计模型，并且根据IAE性能指标参数来动态设置系统控制器的阈值和系统传输周期初始值、控制调度方法、调整系统采样周期和更新采样序列；根据实时网络服务动态重构通信序列，根据60GHz设备状态参数解析和计算控制器参数；由D/A转换后发送至执行器，由执行器作用到设备，使得设备运行状态在给定的范围内。本发明可避免多个控制器周期性切换，能够有效提高通讯网络的利用率和系统的有效性和处理效率，避免了原有控制方法的周期性切换问题，解决受通信序列传输周期约束的问题，更加便于使用者掌握和更广泛的推广使用。
Description
技术领域
本发明属于工业控制技术领域，尤其涉及一种60GHz毫米波设备的动态控制方法。
背景技术
现代移动通信的高速发展，使中低频段的频谱资源趋于饱和。我国的 5G无线技术构架已明确指出，6～100GHz高频新空口是实现1Gbit/s用户体验速率、数十Gbit/s峰值速率和数十Tbit/(s·km2)流量密度的主要技术挑战。60GHz毫米波通信凭借其大带宽、免许可、高速率、小干扰等优势，引起国内外学者的研究热情。各个国家和地区对60GHz频段划分有所区别，美国、加拿大和韩国分配的频谱范围为57～64GHz，欧洲为57～66 GHz，日本为59～66GHz，中国为59～64GHz。IEEE 802.11ad标准将频谱范围划分为若干个子信道，每个子信道的标准带宽为2.16GHz。在单载波(SC)模式下，可实现1～5Gbit/s的高速传输，在低功耗单载波(LPSC) 模式下，可实现1～2.5Gbit/s的低速传输。
同时，基于网络服务质量和设备状态参数的设备动态控制方法是一种采用全分布式信号采集结合网络化实时反馈控制系统；系统通过设备状态采集器和通信网络服务质量参数的集合，用通信网络提供设备之间的数据传输，从而实现系统资源共享和协调操作。目前，针对多变量通信受限的网络控制器的设计方法普遍采用通信序列及混合逻辑动态构架的概念将原有网络控制系统转变成集调度和控制于一体的离散周期性时变切换系统，进而设计相应的系统控制器。这类设计方法普遍存在控制器的个数要受原有通信序列周期数的约束并且结构复杂；更进一步，当网络服务质量发生动态变化的时候，往往需要多个控制器周期性频繁切换才能确保控制系统的性能；另一方面，这类方法所用到的相关专业理论知识较多，不便于被工程技术人员掌握和推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种60GHz毫米波设备的动态控制方法，60GHz 毫米波设备的网络服务质量和设备状态参数具有随机短时延的多输入/多输出的特性，并且存在设备的控制增益和网络通信序列无法动态重构的问题；同时，由于存在网络传输调度受限于当前传输网络状态的先验知识而无法动态适应网络变化的情况，进而，无法保证良好的抗干扰性和鲁棒性，甚至在网络状态比较差的情况下甚至会引起控制策略失效，导致无法达到预先设计的控制功能。本发明采用基于绝对误差积分准则的性能指标动态地调整网络服务质量和设备状态参数信息的采集和传输方式，进而实现系统控制器的网络化控制功能。同时，本发明根据通讯网络的服务质量和 60GHz设备参数进行集中统一的动态重构，能够有效提高通讯网络的利用率和系统的有效性和处理效率，避免了原有控制方法的周期性切换问题，解决受通信序列传输周期约束的问题，更加便于使用者掌握和更广泛的推广使用。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种60GHz毫米波设备的动态控制方法，包括：
步骤S1、根据当前网络服务质量状况和设备运行参数对60GHz毫米波设备进行系统辨识和参数估计：
其中，是系统的状态向量，x(t)∈Rr表示r维60GHz毫米波设备的状态向量；u(t)∈Rm表示m维60GHz毫米波设备的设备状态输入向量， w(t)∈Rq表示q维的外部扰动信号，z(t)∈Rn表示60GHz毫米波设备的网络服务质量状态参数，Ap,Bp,Cp是基于当前60GHz毫米波设备接入系统数量的维数的系统矩阵，Rl(r,m,q,n∈l)表示l维的实数集；
步骤S2、设置控制系统的采样周期h、调度周期步长N、调度周期T，并满足：T＝Nh；设置60GHz毫米波设备kT+αh时刻采样序列的调度系数θi(kT+αh)阈值ηi和kT+βh时刻更新序列的调度系数δj(kT+βh)阈值并设置调度策略：
其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,N)j∈(1,…,m),β∈(0,…,N-1)，IAE表示信号的绝对误差性能；
当k＝1时，设置初始调度矩阵Λα＝I，Ξβ＝I，否则根据调度策略生成当前调度周期T内的采样调度矩阵和更新调度矩阵
其中为kT+αh时刻采样序列调度系数组成的向量，为kT+βh时刻更新序列调度系数组成的向量；
步骤S3、系统以调度周期T离散化，并根据所述调度策略建立如下映射关系：
其中为系统调度后控制器的输入状态向量，为经系统调度后控制器的输出向量；
构建系统增广向量矩阵包括：状态向量矩阵X(kT)，控制器输出U(kT)、控制器的有效输入执行器的有效输入被调输出Z(kT)、外部扰动信号W(kT)、采样调度矩阵更新调度矩阵和并建立新的映射关系如下：
其中：
步骤四、设置系统状态反馈控制器重新构造新的状态向量G、M、Z、L如下：
L＝H′1并建立集调度与控制为一体的闭环系统模型：
其中：
Kk为控制器参数，τkd表示第k个调度周期内第d个采样周期的时延， A、B0(τk)、B1(τk1)、H0、Ae、B′0(τk)、B′1(τk)、H′0、D′0(τk)、C′e、D′1(τk)、 H′1为中间计算变量；
步骤五：重新定义计算变量 并在线求解以下的优化问题：
利用上一步得到的可行解，可得状态反馈控制器参数其中表示矩阵的伪逆；当k＝k+1，重新回到步骤S3求解控制器参数； 60GHz毫米波设备的网络服务质量状态由D/A转换后输出至网络服务质量状态采集器，电压控制信号由D/A转换后输出电压信号采集器，电流信号由D/A转换后输出至电流信号采集器，最后作用到60GHz毫米波设备，反馈回设备当前的运行状态。
本发明提出的一种60GHz毫米波设备的动态控制方法，集中统一控制器、系统传输周期动态重构、控制器参数动态重构结构简单。根据网络服务质量状况和设备状态参数构建系统辨别和参数估计模型，并且根据 IAE性能指标参数来动态设置系统控制器的阈值和系统传输周期初始值、控制调度方法、调整系统采样周期和更新采样序列；根据实时网络服务动态重构通信序列，根据60GHz设备状态参数解析和计算控制器参数；由 D/A转换后发送至执行器，由执行器作用到设备，使得设备运行状态在给定的范围内。本发明可根据网络实时服务质量状态和60GHz设备运行状态参数进行控制器参数动态重构的集中统一的控制器，避免多个控制器周期性切换；同时，本发明根据通讯网络的服务质量和60GHz设备参数进行集中统一的动态重构，能够有效提高通讯网络的利用率和系统的有效性和处理效率，避免了原有控制方法的周期性切换问题，解决受通信序列传输周期约束的问题，更加便于使用者掌握和更广泛的推广使用。
附图说明
图1为本发明实际运行时采用的结构示意图；
图2为本发明实施例60GHz毫米波设备闭环控制结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
如图1所示，本实施例一种60GHz毫米波设备的动态控制方法，包括：
步骤S1、根据当前网络服务质量状况和设备运行参数对60GHz毫米波设备进行系统辨识和参数估计：
其中，是系统的状态向量，x(t)∈Rr表示r维60GHz毫米波设备的状态向量；u(t)∈Rm表示m维60GHz毫米波设备的设备状态输入向量， w(t)∈Rq表示q维的外部扰动信号，z(t)∈Rn表示60GHz毫米波设备的网络服务质量状态参数，Ap,Bp,Cp是基于当前60GHz毫米波设备接入系统数量的维数的系统矩阵，Rl(r,m,q,n∈l)表示l维的实数集。
本技术方案的一种实施例，u(t)＝[u1 u2]T是设备状态参数输入向量，u1代表电压，u2代表电流强度，z(t)＝[z1 z2]T是网络服务质量状态参数向量， z1代表网络延迟，z2代表网络丢包率。由控制器将60GHz设备的模型辨识参数等数据送到存储单元存储中，并通过交互接口设置系统当前状态为“离线”调节状态。按照附图2所示的闭环控制结构图组建一个闭环控制系统。
步骤S2、设置控制系统的采样周期h、调度周期步长N、调度周期T，并满足：T＝Nh；设置60GHz毫米波设备kT+αh时刻采样序列的调度系数θi(kT+αh)阈值ηi和kT+βh时刻更新序列的调度系数δj(kT+βh)阈值并设置调度策略：
其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,N)j∈(1,…,m),β∈(0,…,N-1)，IAE表示信号的绝对误差性能；
当k＝1时，设置初始调度矩阵Λα＝I，Ξβ＝I，否则根据调度策略生成当前调度周期T内的采样调度矩阵和更新调度矩阵
其中为kT+αh时刻采样序列调度系数组成的向量，为kT+βh时刻更新序列调度系数组成的向量。
本技术方案的一种实施例，通过交互接口设置系统采样周期h＝1s，调度周期的步长N＝2，IAE控制性能指标的阈值分别为η1＝0.01，η2＝0.05，
步骤S3、系统以调度周期T离散化，并根据所述调度策略建立如下映射关系：
其中为系统调度后控制器的输入状态向量，为经系统调度后控制器的输出向量；
构建系统增广向量矩阵包括：状态向量矩阵X(kT)，控制器输出U(kT)、控制器的有效输入执行器的有效输入被调输出Z(kT)、外部扰动信号W(kT)、采样调度矩阵更新调度矩阵和并建立新的映射关系如下：
其中：
本实施例通过交互接口执行“运行”功能，即实时计算调度的通信序列和控制器参数。
步骤四、设置系统状态反馈控制器重新构造新的状态向量G、M、Z、L如下：
L＝H′1并建立集调度与控制为一体的闭环系统模型：
其中：
Kk为控制器参数，τkd表示第k个调度周期内第d个采样周期的时延， A、B0(τk)、B1(τk1)、H0、Ae、B′0(τk)、B′1(τk)、H′0、D′0(τk)、C′e、D′1(τk)、 H′1为中间计算变量；
本实施例对u(k)进行限幅，防止积分饱和，然后由D/A转换后输出至执行器，由执行器作用到60GHz毫米波设备,使设备运行在给定的范围内；此时通过交互接口显示的设备状态是在线情况下的系统闭环响应曲线，并观察曲线进行在线微调。
步骤五：重新定义计算变量 并在线求解以下的优化问题：
利用上一步得到的可行解，可得状态反馈控制器参数其中表示矩阵的伪逆；当k＝k+1，重新回到步骤S3求解控制器参数； 60GHz毫米波设备的网络服务质量状态由D/A转换后输出至网络服务质量状态采集器，电压控制信号由D/A转换后输出电压信号采集器，电流信号由D/A转换后输出至电流信号采集器，最后作用到60GHz毫米波设备，反馈回设备当前的运行状态。
本实施例通过交互接口设置系统状态为“在线”调节状态，启动控制系统参数调节，重新执行“在线控制程序”得到当前时刻的控制量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种60GHz毫米波设备的动态控制方法，其特征在于，所述60GHz毫米波设备的动态控制方法，包括：
步骤S1、根据当前网络服务质量状况和设备运行参数对60GHz毫米波设备进行系统辨识和参数估计：
其中，是系统的状态向量，x(t)∈Rr表示r维60GHz毫米波设备的状态向量；u(t)∈Rm表示m维60GHz毫米波设备的设备状态输入向量，w(t)∈Rq表示q维的外部扰动信号，z(t)∈Rn表示60GHz毫米波设备的网络服务质量状态参数，Ap,Bp,Cp是基于当前60GHz毫米波设备接入系统数量的维数的系统矩阵，Rl(r,m,q,n∈l)表示l维的实数集；
步骤S2、设置控制系统的采样周期h、调度周期步长N、调度周期T，并满足：T＝Nh；设置60GHz毫米波设备kT+αh时刻采样序列的调度系数θi(kT+αh)阈值ηi和kT+βh时刻更新序列的调度系数δj(kT+βh)阈值并设置调度策略：
其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,N)j∈(1,…,m),β∈(0,…,N-1)，IAE表示信号的绝对误差性能；
当k＝1时，设置初始调度矩阵Λα＝I，Ξβ＝I，否则根据调度策略生成当前调度周期T内的采样调度矩阵和更新调度矩阵
其中为kT+αh时刻采样序列调度系数组成的向量，为kT+βh时刻更新序列调度系数组成的向量；
步骤S3、系统以调度周期T离散化，并根据所述调度策略建立如下映射关系：
其中为系统调度后控制器的输入状态向量，为经系统调度后控制器的输出向量；
构建系统增广向量矩阵包括：状态向量矩阵X(kT)，控制器输出U(kT)、控制器的有效输入执行器的有效输入被调输出Z(kT)、外部扰动信号W(kT)、采样调度矩阵更新调度矩阵和并建立新的映射关系如下：
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L＝H′1并建立集调度与控制为一体的闭环系统模型：
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Kk为控制器参数，τkd表示第k个调度周期内第d个采样周期的时延，A、B0(τk)、B1(τk1)、H0、Ae、B′0(τk)、B′1(τk)、H′0、D′0(τk)、C′e、D′1(τk)、H′1为中间计算变量；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190315 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |