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发布时间:1714895999
总第297期
计算机与数字工程
Computer&Digital Engineering
V01.42 No.7
1219
2014年第7期
基于关键节点控制的网络控制方法
张元天
叶锡庆
北京
张明安
100036)
(海军装备研究院
摘要传统的网络控制理论在研究网络规模较大,链路权重巨大的网络时计算量过于庞大,对有向网络的研究也是
难点之一。文章通过研究结构上可控制的理论,提出基于关键节点控制整个有向网络的方法。找出具有某种特性的关键节
点集,用数学方法证明了控制该关键节点集等价于控制了整个网络。该方法较大程度地减少了计算量。实验结果证明了该 方法的有效性,具有一定的实践意义。
关键词
网络控制;结构E可控制;驱动节点;cactus网络
中图分类号
TP393
DOI:10.3969/j.issn1672—9722.2014.07.026
A New Network Control Approach Based on Drive Nodes
ZHANG Yuantian YE Xiqing ZHANG Ming’an
(Naval Academy of Armament,Beijing 100036)
Abstract One of the difficulties on the research of directed network iS the huge calculation when traditional network control theroy is applied to the network whose size and link weight are large.This paper presents an approach,which let the
whole directed network be controlled based on drive nodes,through the research on the structure controI theory.The set of drive nodes are found out which have some common characteristics and verify that controlling the set iS equivalent to control—
ling the whole network.To a great extent,this approach can reduce the calculatiorL Simulation results prove the effective— ness and the practice sense of the approac h.
Key Words network control,structura1 controllability,drive nodes,cactus
CI稿s^hImber TP393
1 引言
问题没有得到解决,例如对于定向的网络和链路权 重很大的网络的控制问题。本文的目标就是提出
对于大部分自然中的系统和科技上的系统是 一
种通过控制关键节点对定向网络进行控制的方
否对它有着深刻的理解,最好的证明之一就是能否
法。
控制它们。根据控制学的理论,对于一个动态的系 统给予一个相匹配的输人,如果它可以在有限的时 2 网络控制理论与结构上控制
间内从任意初始状态转变成我们想得到的状态,就 大部分实际的系统都是非线性的。但是对于 称之为控制了这个系统。这个定义符合直觉。通 非线性系统控制方法与线性系统的控制方法有很
过适当地操作输入的变量可以引导系统变成设想
大的相似性_1]。所以本文的分析使用规范的线性 中的状态,就像开车一样,通过控制脚踏板和方向 时不变系统:
盘可以驱使这辆车以固定的速度向着固定的方向 一
前进。网络控制的理论已经被应用到了许多领域
Az( )+B“(f) (1)
C
比如电子电路、机械制造、通信系统、航天等。尽管 这个线性时不变系统是一个定向的网络,定义
前人已经做了许多的工作与研究,但是依然有许多
为G(A)。在控制学的理论里,z∈RN被称作状态
*
收稿日期:2014年1月3日,修回日期:2014年2月21日
作者简介:张元天,男,硕士研究生,研究方向:系统工程。叶锡庆,男,高级工程师,硕士生导师,研究方向:系统工程。 张明安,男,高级工程师,研究方向:系统工程。>>>>
张元天等:基于关键节点控制的网络控制方法 第42卷
向量,A∈R ̄x 是状态矩阵,BERN×M是输入矩阵,
构上相同(即(A,B)中的非零项在( ,Bo)也非零,
∈RM是输入向量或者说控制向量。考虑状态矩
阵A=(以 )N×Ⅳ,如果 一 之间没有连接,则a 一
0,表示系统中节点i对于节点J没有影响。如果
口 f≠0,它的值表示节点i对于节点. 的影响力 度[ 。
式(1)中定义的网络如果可以在有限的时间内
(A,B)中的零项在(Ao,B。)也为零)且l IA~A。l l
<e,I IB—B0 ll<e。
事实上,如果满足上述的条件,显然(Ao,Bo)结
构上可控制。反过来,假设(Ao,B。)结构上可控制,
存在于(Ao,Bo)结构相同的系统(A1,B )。考虑如 下的系统:A( )一(1一 )A。+aA1,B(A)一(1--a)
E[0,1]。 ( )一det(B(A)A( )B( ),A 从任意初始状态转变成人们想得到的状态,就称之 Bo+ B1,为可控制网络。首先需要定义一个控制度矩阵C。
C一(B,AB,A B,…,AN一 B) (2) 当且仅当控制度矩阵C满秩,即rank(C)一N 的时候,网络G(A)是可控制的。这一结论被称为 Kalman控制条件_3