带宽受限信息物理系统中通信与控制的协同优化设计
最优化与控制
2021-02-05 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
我们研究存在通信延迟的信息物理系统(CPSs)的稀疏促进最优控制问题。延迟分为两类——即物理层与网络层之间传递状态与控制信息的层间延迟,以及网络层内计算智能体(此处称为控制节点,CNs)之间运行的层内延迟。我们的目标是在给定带宽成本约束下,通过协同设计这两类延迟的最优组合与一个稀疏状态反馈控制器,最小化物理系统的闭环 H2 范数。我们为此提出一种双环优化算法。基于交替方向乘子法(ADMM),内环处理递减的 H2 范数与递增的控制器稀疏度水平之间的冲突方向。外环包含闭环稳定性所必需的非凸不等式的基于半定规划(SDP)的松弛。此外,对于分配给 CNs 的状态与控制信息非私有的 CPSs,我们推导了一种额外算法,通过修改所得控制器的行与列结构进一步稀疏化通信拓扑,从而重新分配网络层与物理层之间的通信映射,并确定哪个物理智能体应将其状态信息发送给哪个 CN。两种算法的闭环稳定性与最优性证明均给出,随后进行了数值仿真。
引用
@article{arxiv.2102.02403,
title = {Optimal Co-Designs of Communication and Control in Bandwidth-Constrained Cyber-Physical Systems},
author = {Nandini Negi and Aranya Chakrabortty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.02403},
year = {2021}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:2003.05888