一种具有比特率约束的复杂网络同步控制方法技术

一种具有比特率约束的复杂网络同步控制方法，首先建立具有N个节点的复杂网络系统模型和同步误差模型，引入基于采样信号的事件触发机制，最小触发时间间隔为采样周期避免产生Zeno行为，结合均匀量化方法设计具有比特率约束的编码

【技术实现步骤摘要】
一种具有比特率约束的复杂网络同步控制方法


[0001]本专利技术涉及网络控制
，主要涉及一种具有比特率约束的复杂网络同步控制方法。

技术介绍

[0002]自20世纪末小世界和无标度网络被提出以来，复杂网络的研究引起了学者们广泛关注，其中复杂网络的同步是复杂网络重要的动力学特性。实现复杂网络的同步主要有两种方法，一是基于网络拓扑结构实现同步，二是基于动力学控制的同步方法，由于网络的拓扑结构难以改变或者代价太高，并且同步过程中会出现时滞和噪音，因此从动力学演化角度进行同步控制显得尤为重要。当复杂网络采用通信网络传输数据时，可以实现远程控制、系统灵活性高，然而有限的带宽资源，不可避免会出现如丢包、时延和拥塞等网络诱导现象。一方面，随着事件触发机制的提出，不同于传统的连续时间触发机制，事件触发只在满足触发条件时传输数据，可以节约带宽资源。另一方面，带宽的比特率影响系统数据传输的能力，但目前关于具有约束的比特率对系统控制性能的影响研究有限。
[0003]综上所述，目前存在的问题有：有限比特率对连续系统控制性能的影响研究有限，现有的具有比特率约束结合事件触发的方法，需要讨论如何避免Zeno行为，方法复杂，实际应用时需要硬件对信号持续监测，不能有效节约资源。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种具有比特率约束的复杂网络同步控制方法，在考虑基于采样信号的事件触发机制和有限比特率约束的情况下，建立复杂网络同步误差模型，减少通信负担，合理分配带宽资源。r/>[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种具有比特率约束的复杂网络同步控制方法，首先建立具有N个节点的复杂网络系统模型和同步误差模型，引入基于采样信号的事件触发机制，最小触发时间间隔为采样周期避免产生Zeno行为，结合均匀量化方法设计具有比特率约束的编码
‑
解码机制，基于解码信号设计状态反馈控制器，结合Lyapunov稳定性理论，得到满足指数最终有界的充分性条件，最后求解线性矩阵不等式，在给定的比特率约束条件下，联合求解控制器增益和事件触发参数；本专利技术可以有效减少网络通信，节约通信资源，合理分配网络带宽，具体包括以下步骤：
[0007]步骤S1、建立具有N个节点的复杂网络系统模型和同步误差模型。
[0008]建立的复杂网络系统模型如下：
[0009][0010]其中，x
i
＝(x
i1
,x
i2
,
…
,x
in
)
Τ
表示节点i的状态变量，f(
·
):R
n
→
R
n
表示非线性向量函数，c≥0表示节点的耦合强度，Γ＝(γ
ij
)
n
×
n
是复杂网络的内耦合矩阵，表示第i个节点
内部状态的耦合关系，W(ω
ij
)
N
×
N
是网络的外部耦合矩阵，表示复杂网络的拓扑结构，如果节点i如节点j连接，则ω
ij
＝ω
ji
＞0，否则ω
ij
＝ω
ji
＝0，且矩阵W满足耗散耦合条件u
i
是第i个节点的控制器。
[0011]建立孤立节点模型如下：
[0012][0013]其中，s(t)是复杂网络节点的同步目标，s(t)＝(s1(t),s2(t),
…
,s
n
(t))
Τ
，f(t)＝(f1(t),f2(t),
…
,f
n
(t))
Τ
。
[0014]令ε
i
(t)＝x
i
(t)
‑
s(t),i＝1,2,
…
N为同步误差，建立同步误差模型如下：
[0015][0016]其中，f(ε
i
(t))＝f(x
i
(t))
‑
f(s(t))。
[0017]步骤S2、设计基于采样周期的事件触发条件如下：
[0018][0019]其中，σ
i
∈(0,1)是正标量，Ω
i
∈R
n
×
n
是正定对称矩阵，h
i
是节点i的固定采样周期，jh
i
,j∈N为节点i的采样时刻，代表节点i上一次触发时刻。
[0020]定义两个辅助函数：
[0021][0022][0023]其中，则触发时刻的同步误差可表示为：
[0024][0025]其中，e
i
(t)满足：
[0026][0027]其中，0≤τ
i
(t)≤h
i
表示定义的辅助函数，e
i
(t)表示定义的辅助函数。
[0028]步骤S3、设计基于均匀量化的编码
‑
解码机制如下：
[0029]复杂网络的比特率约束如下：
[0030][0031]其中，根据平均分配协议，R
i
为节点i的数据传输信道分配的比特率，R
c
为整个复杂网络可用的比特率。
[0032]基于均匀量化的编码
‑
解码机制如下：
[0033]触发时的同步误差经过均匀量化和编码后的码字如下：
[0034][0035]通过通信网络传输码字到解码器，解码策略如下：
[0036][0037]其中，为解码后的同步误差，且满足如下关系：
[0038][0039]令为编码误差，编码误差满足：
[0040][0041]其中，R
i
为节点i的数据传输信道分配的比特率。
[0042]步骤S4、建立整个复杂网络的同步误差模型如下：
[0043][0044]其中，ε(t)＝col
N
{ε
i
(t)}，F(ε(t))＝col
N
{f(ε
i
(t))}，δ(t)＝col
N
{δ
i
(t)}，τ(t)＝col
N
{τ
i
(t)}，K＝diag{K
i
}，表示克罗内克积运算。
[0045]步骤S5、基于Lyapunov稳定性理论得到复杂网络满足指数最终有界的充分条件如下：
[0046]基于Lyapunov稳定性理论得确保整个复杂网络指数最终有界的充分条件如下：
[0047]给定比特率约束条件及正整数R
i
,R
c
，设定标量α＞0，λ＞0，采样周期h＞0，事件触发参数σ＞0，反馈增益矩阵K本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有比特率约束的复杂网络同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、建立具有N个节点的复杂网络系统模型和同步误差模型；建立的复杂网络系统模型如下：其中，x
i
＝(x
i1
,x
i2
,
…
,x
in
)
Τ
表示节点i的状态变量，f(
·
):R
n
→
R
n
表示非线性向量函数，c≥0表示节点的耦合强度，Γ＝(γ
ij
)
n
×
n
是复杂网络的内耦合矩阵，表示第i个节点内部状态的耦合关系，W(ω
ij
)
N
×
N
是网络的外部耦合矩阵，表示复杂网络的拓扑结构，如果节点i如节点j连接，则ω
ij
＝ω
ji
＞0，否则ω
ij
＝ω
ji
＝0，且矩阵W满足耗散耦合条件u
i
是第i个节点的控制器；建立孤立节点模型如下：其中，s(t)是复杂网络节点的同步目标，s(t)＝(s1(t),s2(t),
…
,s
n
(t))
Τ
，f(t)＝(f1(t),f2(t),
…
,f
n
(t))
Τ
；令ε
i
(t)＝x
i
(t)
‑
s(t),i＝1,2,N为同步误差，建立同步误差模型如下：其中，f(ε
i
(t))＝f(x
i
(t))
‑
f(s(t))；步骤S2、设计基于采样周期的事件触发条件如下：其中，σ
i
∈(0,1)是正标量，Ω
i
∈R
n
×
n
是正定对称矩阵，h
i
是节点i的固定采样周期，jh
i
,j∈N为节点i的采样时刻，代表节点i上一次触发时刻；定义两个辅助函数：定义两个辅助函数：其中，则触发时刻的同步误差可表示为：其中，e
i
(t)满足：其中，0≤τ

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玲，郭婧，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：