1、2010 级本科学士学位开题报告学 院： 信息科学与工程学院 年级 专业：自动化 1003 班学生 姓名： 郑 奇 学 号： 201004134105 指导老师姓名： 柴 利 2014 年 4 月 22 日一、简表设计名称 带有量化器的闭环控制系统仿真课题来源 A科研课题 （ ） B. 自选课题 （ ）课题类型 A. 理论研究 （ ） B. 应用研究 （ ）C. 开发研究 （ ）开题时间 2014 年 4 月 22 日二、设计立论依据(包括研究意义、研究现状分析、参考文献综述)研究意义：随着计算机技术的飞速发展，控制系统的扩大和网络技术的提高，网络控制系统应运而生，其理论和应用也越来越被人们重
2、视。而控制系统中量化问题一直以来都是一个重要的研究领域。由于量化器的字长有限，其给控制系统带来了影响。早在 1956 年，就有人在采样控制系统中加入了量化器做了研究。此后，也有很多关于量化的研究，但绝大多数都是对控制系统不利的，而把量化的影响视为噪声干扰。进入 21 世纪以来，由于计算机技术的迅猛发展，其不断改变着人们的生活和工作方式。信息、网络和通信技术对于自动控制领域的影响是巨大的，传统的直接数字控制系统，分布式控制系统已经不能满足当今飞速发展的社会的要求。基于此，研究人员开始采用一种集合着某个区域现场传感器、控制器以及执行器和通信网络的分布式、网络化实时反馈控制系统，以提供设备之间的数据
3、传输，从而使该地区内不同地点的用户实现资源共享和协调操作，网络控制系统由此产生。网络控制系统是指传感器、控制器、执行器之间用实时网络取代传统的利用点对点专线连接而构成闭环的控制系统。带宽约束是影响网络控制系统的一个重要关键因素，节点过多、数据传输过于频繁或者传输的数据量过大都会有可能增大网络上冲突的概率，使得网络通信延时变大，引起数据丢失，严重时会造成网络拥塞，从而导致网络控制系统性能下降，甚至不稳定，在众多的实际运用中，如无人驾驶飞行器、无线传感网络等。带宽约束往往是影响网络控制系统运行的一个非常重要的条件，是网络控制系统中研究的热点之一。因此，对网络控制系统的带宽约束问题进行研究还具有一定
4、的科学性。量化问题是带宽约束问题的研究方向之一。而关于网络控制系统的量化问题主要分为两个方面。其一是在传统的控制系统设计中，通常情况下是可以假设数据的传输和处理是零传输延迟和无限高精度的，然而在网络控制系统中，这一假设不合适。量化和编码对控制系统性能的影响是不能忽略的，系统的稳定性也必须重新分析。其二在网络控制系统中，通过网络传输的数据则必须表示为有限个比特，为了减小量化误差，需要增加比特个数，从而使网络负载和延迟增大，而为了降低数据传输速率就必须增大量化误差，这可能会导致系统的不稳定，这样会使量化器的优化设计变得更为重要和困难，其设计的关键是在带宽约束下，满足规定的控制系统性能的同时使得所需
5、的数据速率最小化。信号被量化之后相当于叠加了一个误差信号，即量化误差。以往的研究通常假设量化误差是一个均匀的白噪声信号信号，即量化噪声。由于这一假设有一定的精度，而且避免了把量化器当做非线性环节来考虑，因此应用比较广泛。研究现状：控制系统的量化问题主要分为两个方面。一方面是量化器对控制系统的影响；另一方面是控制系统中量化器的设计问题（即量化反馈控制问题） 。（1）量化器对控制系统的影响。由于有贷款约束，量化对控制系统性能的影响不能忽略，有必要对系统的稳定性进行重新分析。于达仁等讨论了量化输出对于观测器跟踪误差动态性能的影响，并且提出了用死区补偿的方法来设计观测器。姚郁等研究了位置伺服系统量化所
6、产生的问题。量化器设计问题的深入研究使得新型的量化器得以产生，如时变量化器和对数量化器。（2）量化器设计（量化反馈控制） 。量化器设计问题是量化问题中的一个新的研究方向。它跟以往把量化器对控制系统的影响看做不利的研究思路是不同的。它把每一份量化单位看作是一份有效的信息。这样，研究的问题就成了究竟要向控制对象传递多少信息才能达到控制的目的。参考文献：1D. Gabor. Theory of communication. Journal of theInstitute of Electrical Engineers, 93:429549, 19462Daugman, J.G. etal， Comp
7、lete Discrete 2-D GaboTransforms by Neural Networks for Image Analysisand Compression. IEEE Trans. Acoustic, speech andsignal processing, Vol.36. (1988) 1169-11793Lee, T.S. etal， Image Representation Using 2D GaborWavelets. IEEE Trans. Pattern Analysis and MachineIntelligence, Vol. 18. (1996) 959-97
8、14Gabor,D.Theory of Communication.IEEE,1991;93(3):4294575C.W.G.Clifford, J.N.Freedman, L.Mvaina. First- and second-order motion perception in Gabor micropattern stimuli: psychophysics and computational modelling. Cognitive Brain Research, 1998, 6(4) : 2632716孟祥增.刘明霞基于概念的自然纹理分类期刊论文-计算机工程与应用 2006(11)7
9、刘浩一.刘明霞 .孟祥增自然纹理分类与识别方法初探期刊论文-软件学报2006(08)8谢钧,俞璐 ,吴乐南, 一种改进的Split-Merge图像分割算法 . 计算机应用, 2008, 28(7): 1744 - 1746.9杨鸿波,蔡国雷 ,邹谋炎,基于震动特征的纹理图像分割10刘宁宁,田捷 ,基于区域特征的交互式图像分割方法及其应用期刊论文-微电子学与计算机 1999(03)三、研究方案研究内容：针对要研究的量化问题，对量化器对控制系统的影响及网络控制系统问题进行设计、分析和总结。主要研究方向如下：（1）针对量化误差进行分析，建立量化误差的基本模型，阐述量化及网络控制系统等基本概念。（2）
10、引入带有量化器的控制系统模型，并将量化器视为非线性环节，讨论其对控制系统动态性能的影响。（3）使用Matlab/Simulink仿真工具对理论结果进行验证。（4）讨论单输入单输出系统的量化控制问题。研究结论：通过研究量化器对不同系统模型的影响，得出这样的结论，即量化器使不同模型中的控制对象状态存在下界，不能稳定收敛至平衡点。研究计划：(1) 4 月 1 日 4 月 20 日 收集相关资料，查阅文献，完成翻译(2) 4 月 20 日5 月 1 日 完成开题报告并利用 MATLAB 编程实现控制系统仿真(3) 5 月 1 日5 月 10 日 程序调试和运行(4) 5 月 11 日6 月 撰写毕业论文，准备答辩四、指导教师意见指导教师(签名)：年 月 日
