基于线性规划的通信网络系统饱和控制方法

本发明属于自动化控制，涉及基于线性规划的通信网络系统饱和控制方法，可应用于城市数据通信传输体系中。

背景技术：

1、通信网络系统是城市数据传输，局域信息连接或无线信息传输的重要系统。然而随着现代城市社会的高速发展，对信息和数据的传输效率的要求逐渐提高。通信网络系统在构建过程中需要根据具体情况选择合适的通信体系，以此来提高信息传输效率。影响通信体系选择的要素是多方面的，例如各个子系统之间的资源分配，子系统的性能与能耗之间的权衡。如果不能合理处理这些问题，将会给城市发展和人民生活带来不便。因此，设计一种能够灵活切换数据传输体系的通信网络饱和控制系统是十分必要和关键的。

2、在通信体系中，由于不同时刻信息的传输量始终是非负的，通信控制系统符合正系统的特征。由于城市各区域的信息传输量各有不同，可以构建具有多个模态的通信子系统。因此，用切换正系统对这一类实际系统进行建模是合适的。在利用切换正系统建模时，若将通信控制系统基于连续时间切换正系统进行建模，可以有效地观测各个区域对于信息量的需求，并及时进行调节，从而提高数据资源分配率。然而利用切换正系统进行建模无法真实准确的对实际情况进行估计，与实际情况相差较大，无法合理分配资源，影响通信效率。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了基于线性规划的通信网络系统饱和控制方法，在建模时选用奇异切换正系统进行建模，解决了切换正系统建模无法准确确定城市各区域通信数据的需求量，与实际需求误差较大的问题。

2、基于线性规划的通信网络系统饱和控制方法，具体步骤如下：

3、步骤1、建立通信网络饱和控制系统的状态空间模型：

4、

5、其中·表示求取一阶导数，x(t)∈rn、u(t)∈rq分别为通信网络饱和控制系统连续时间的系统状态和控制输入，t表示时间，r*表示长度为*的列向量。sat(·)表示通信网络饱和控制系统的饱和项。函数σ(t)表示连续时间子系统的切换信号，其取值都在有限集合s＝{1,2,…,n}内，n为正常数。为简单起见，定义第i个连续时间子系统被激活时σ(t)＝i。假定连续时间子系统中ai是metzler矩阵，bi≥0，其中ai∈rn×n，bi∈rn×q，e∈rn×n，奇异矩阵e的秩为r，r<n。为方便起见我们将矩阵ai，bi和e拆分为bi＝[bi1 bi2]，其中ai1∈rr×r，ai2∈rr×(n-r)，ai3∈r(n-r)×r，ai4∈r(n-r)×(n-r)，ai4的行列式值不为0，bi1∈rr×q，bi2∈r(n-r)×q。r*×*表示大小为*×*的矩阵。

6、步骤2、构建通信网络系统的饱和控制器：

7、u(t)＝kσ(t)x(t)     (2)

8、其中，kσ(t)是连续时间子系统的控制器增益矩阵。

9、步骤3、设计通信网络饱和控制系统在驻留时间限制切换下平稳运行的条件如下：

10、设计常数α>0、γ>0、0<ξ<1，对任意的(i,j)∈s，i≠j，最小驻留时间大小为rq×q的矩阵diz为对角线元素非0即1的对角线矩阵，z∈{0,1,...,2q}，定义向量其大小均为rn；νi,s≥0、其大小均为rn，其中s∈{0,1,…,s}、m∈{0,1,…,q}。

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22、vi,0-vj,s≤0                     (14)

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27、对任意(i,j)∈s，i≠j，成立，那么，在步骤2中的饱和控制器下，步骤1中的通信网络控制系统是正的且具有l1增益性能的稳定性。饱和控制增益矩阵ki,s和辅助增益矩阵hi,s的具体形式设计为：

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30、并且驻留时间方法选择最小驻留时间方法，切换条件满足：

31、

32、其中，ki,s＝[ki1,s ki2,s]、hi,s＝[hi1,s hi2,s]、eq表示元素全部为1的r维列向量，表示第m个元素为1，其余元素均为0的r维列向量，上标t表示向量或矩阵的转置。

33、本发明具有以下有益效果：

34、本发明借助连续时间的线性余正李雅普诺夫函数，设计了一种基于线性规划的饱和控制方法，使得通信网络系统在驻留时间限制切换下能够稳定运行。使用这种饱和控制方法的通信网络控制系统能有效适应不同的城市的需求变化，降低了系统性能利用的保守性。

技术特征：

1.基于线性规划的通信网络系统饱和控制方法，其特征在于：具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了基于线性规划的通信网络系统饱和控制方法。该方法首先建立了通信网络系统的奇异切换正系统状态空间模型，然后构建通信网络系统的饱和控制器，进一步提出了基于线性规划的通信网络饱和控制系统平稳运行的条件，同时保证了该通信网络饱和控制系统的正性和稳定性。本方法利用奇异切换正系统建立通信网络饱和控制系统的状态空间模型，设计了一种基于线性规划的饱和控制方法，以保证该系统在驻留时间限制切换下仍能平稳地运行。通过实验，证实了本发明所提出的饱和控制方法能有效提高通信网络系统资源利用率，优化通信网络系统性能，并进一步提高通信网络系统的控制效益。这对于控制理论和实际应用都具有十分重要的意义。

技术研发人员：李烁,崔明哲,李梁,贾勇奇
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12