عنوان پایان‌نامه
کدینگ منبع و کانال در کنترل از طریق کانالهای غیرایده آل
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-سیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2709;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69151
- تاریخ دفاع
- ۳۱ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدکاظم ایزدی نسب
- چکیده
- امروزه بسیاری از کاربرد‌‌های آیندهی سیستم‌های کنترلی، مانند آن چه در متن سیستم‌های سایبر-فیزیکی وجود دارد، به مسائلی مانند تخمین داده‌ی حسگرها و کنترل محرک‌ها از طریق شبکه‌های غیرمطمئن مربوط می‌شوند. در حالی‌که مطالعات قابل توجهی روی روش‌های ساخت کدهای کانال به منظور مخابره‌ی مطمئن در سیستم‌های کنترل شبکه‌ای (NCS) انجام شده است، طراحی کدهای منبع برای مخابره با نرخ کارآمد در چنین سیستم‌هایی کمتر مورد توجه قرارگرفته است. این پایان‌نامه طراحی یک روش کدینگ منبع در حوزه‌ی تبدیل برای سیستم‌های کنترلی شبکه‌ای ارائه‌می‌دهد که نسبت به کانالهای با تلفات تأخیر مقاوم است. بنابراین یک سیستم کنترل شبکه‌ای درنظرگرفتهمیشود که در آن دستگاه با کنترل‌کننده از طریق یک کانال با تلف تأخیر تصادفی مخابره‌می‌کند. انگیزه‌ی ناشی از در نظرگرفتن چنین مدلی برای کانال، پیشرفت‌های جدید کدهای درختی برای سیستم‌های کنترل شبکه‌ای است که کانالهای پاکشدگی را به یک کانال با تأخیر تصادفی تبدیل‌می‌کنند. در این پایان‌نامه یک کدینگ تبدیل علّی ارائه می‌شود که از حافظه‌ی خروجی دستگاه برای مخابره‌ی کارآمد بهره‌می‌گیرد و مقاوم‌سازی در برابر تلفات تأخیر کانال فراهم‌می‌کند. طراحی کدینگ تبدیل برای سیستم {LQG} حلقه-بسته به صورت یک مسأله‌ی کدینگ منبعِ بهبود‌یافته برای کانال در می‌آید که یک متوسط مربع خطای وزن‌دار را کمینه می‌‌کند که وزن‌ها به هزینه‌ی {LQG} و دینامیک دستگاه بستگی دارد. بدین منظور راه حلی ارائه‌می‌شود که در آن کدگذار و کدگشای تبدیل علّی مطلوب و تخصیص نرخ بیت به کدگذاری تبدیل بدست‌می‌آید. به علاوه، ساختار کنترلی بهینه برای چنین پیکره‌ای مطالعه‌خواهدشد. نتایج عددی برای منابع گوس-مارکوف و یک سیستم {{LQG نوعی، سودمندی کدهای تبدیل علّی پیشنهاد داده‌شده را برای بهبود عملکرد در حضور تلف تأخیر نشان می‌دهد. واژه‌های کلیدی: سیستم‌های کنترل شبکه‌ای، سیستم {LQG}، کدگذاری منبع، کدینگ تبدیل علّی، چندی‌سازی.
- Abstract
- It is now widely recognized that many of the future applications of systems and control, such as those that arise in the context of cyber-physical systems, will pertain to problems of distributed estimation and control of multiple agents such as sensors and actuators over unreliable networks. While substantial research has been done on ways of constructing channel codes to facilitate reliable communications in network control systems (NCS), the design of source codes for rate efficient communications in such systems is much less explored. This thesis presents the design of a robust transform-based source coding scheme for networked control systems communicating over channels with delay loss. Recent studies on channel codes for erasure correction in NCS shows that tree codes which stabilize the system effectively replace the lossy link with a (asymptotically lossless) link with random delay. In this thesis a causal transform coding scheme is presented which exploits the plant output memory for efficient communications and provides robustness to channel delay loss. The design of the transform code for linear quadratic Gaussian (LQG) closed-loop systems is posed as a channel optimized source coding problem of minimizing a weighted mean squared error over the channel. The weights depend upon the LQG cost and the plant dynamics. The solution is characterized in two steps of obtaining the optimized causal encoding and decoding transforms and rate allocation across a set of transform coding quantizers. We also study the optimized controller structure in this setting. Numerical results for Gauss Markov sources and an LQG system demonstrate the effectiveness of the proposed robust causal transform codes for enhanced performance in presence of delay loss. Keywords Networked Control Systems, LQG system, Source Coding, Causal Transform Coding, Quantization
