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基于球極坐標編碼方案的量化控制系統設計與穩定性分析 版權信息
- ISBN：9787121486364
- 條形碼：9787121486364 ; 978-7-121-48636-4
- 裝幀：平塑
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
基于球極坐標編碼方案的量化控制系統設計與穩定性分析 內容簡介
本書在量化控制系統的編碼方案設計與穩定性分析方面展開研究。針對目前文獻中常用的均勻量化器和對數量化器在設計量化控制系統時的缺點，例如，采用均勻量化器的量化控制系統的量化器參數設計和系統穩定性分析較為復雜，而采用對數量化器的量化控制系統使用的信道碼率是無限的，這限制了它的實際應用，本書提出一種適用于量化控制系統的新的編碼方案：基于球極座標的編碼方案。這種編碼方案顯著不同于現有的編碼方案，它的編碼和解碼基于球極座標，在量化控制系統設計中不但可以簡化系統設計和穩定性分析，而且使用有限信道碼率，便于實際應用。本書進一步將球極座標編碼方案應用于若干種不同條件下的量化控制系統，保證量化控制系統的穩定性，同時這些應用也證實了球極座標編碼方案的上述優點。球極座標編碼方案是量化控制研究領域的新方法，為量化控制系統的分析與設計提供新的手段。
基于球極坐標編碼方案的量化控制系統設計與穩定性分析 目錄
目錄
第1 章緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.1 研究背景及意義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 量化控制系統研究現狀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 無噪聲信道條件下的量化控制研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 噪聲信道條件下的量化控制研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 目前的研究方法存在的問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 本書的主要研究工作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
第2 章球極坐標量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 球極坐標量化器簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 球極坐標量化器的性質. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
第3 章基于球極坐標編碼方案的無噪聲信道系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . 22
3.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 編/解碼器設計及系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3 仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
第4 章基于球極坐標編碼方案的噪聲信道系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . 34
4.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2 球極坐標編解碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.3 系統穩定性分析和控制器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.4 求解控制器的算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.5 仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.6 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
第5 章基于球極坐標編碼方案的網絡時延系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . 50
5.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2 球極坐標編碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.3 系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.1 閉環系統的四種不同情況. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.2 穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.4 控制器、編/解碼器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4.1 控制器、量化器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4.2 編解碼過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.5 控制器設計方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.6 數值仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.7 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
第6 章基于球極坐標編碼方案利用控制輸入信息的網絡時延控制系統
穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.1 問題提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2 解碼器不利用控制輸入信息的編碼方案設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2.1 量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2.2 編碼器和解碼器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.3 穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.4 量化器設計和編碼/解碼過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4.1 量化器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4.2 編碼/解碼過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.5 解碼器利用控制輸入信息的編碼方案設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.6 數值仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.7 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
第7 章基于球極坐標編碼方案的量化控制系統的輸入—狀態穩定性
分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
7.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
7.2 量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.3 主要結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7.4 有限碼率編碼方案下的輸入—狀態穩定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.4.1 有限碼率編碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.4.2 輸入—狀態穩定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.5 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
第8 章基于球極坐標編碼方案的系統穩定性及噪聲抑制性能分析. . . . . . 107
8.1 問題的提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.2 量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
8.2.1 量化誤差的估計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
8.2.2 球極坐標編碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
8.2.3 主要結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3 編碼方案的設計和主要結果的證明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3.1 系統模型的進一步推導. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3.2 編碼方案設計和主要結果所用的引理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
8.3.3 編碼方案設計過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.3.4 主要結果的證明.
第1 章緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.1 研究背景及意義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 量化控制系統研究現狀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 無噪聲信道條件下的量化控制研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 噪聲信道條件下的量化控制研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 目前的研究方法存在的問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 本書的主要研究工作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
第2 章球極坐標量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 球極坐標量化器簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 球極坐標量化器的性質. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
第3 章基于球極坐標編碼方案的無噪聲信道系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . 22
3.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 編/解碼器設計及系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3 仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
第4 章基于球極坐標編碼方案的噪聲信道系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . 34
4.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2 球極坐標編解碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.3 系統穩定性分析和控制器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.4 求解控制器的算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.5 仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.6 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
第5 章基于球極坐標編碼方案的網絡時延系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . 50
5.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2 球極坐標編碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.3 系統穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.1 閉環系統的四種不同情況. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.2 穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.4 控制器、編/解碼器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4.1 控制器、量化器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4.2 編解碼過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.5 控制器設計方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.6 數值仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.7 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
第6 章基于球極坐標編碼方案利用控制輸入信息的網絡時延控制系統
穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.1 問題提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2 解碼器不利用控制輸入信息的編碼方案設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2.1 量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2.2 編碼器和解碼器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.3 穩定性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.4 量化器設計和編碼/解碼過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4.1 量化器設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4.2 編碼/解碼過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.5 解碼器利用控制輸入信息的編碼方案設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.6 數值仿真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.7 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
第7 章基于球極坐標編碼方案的量化控制系統的輸入—狀態穩定性
分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
7.1 問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
7.2 量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.3 主要結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7.4 有限碼率編碼方案下的輸入—狀態穩定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.4.1 有限碼率編碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.4.2 輸入—狀態穩定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.5 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
第8 章基于球極坐標編碼方案的系統穩定性及噪聲抑制性能分析. . . . . . 107
8.1 問題的提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.2 量化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
8.2.1 量化誤差的估計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
8.2.2 球極坐標編碼方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
8.2.3 主要結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3 編碼方案的設計和主要結果的證明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3.1 系統模型的進一步推導. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3.2 編碼方案設計和主要結果所用的引理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
8.3.3 編碼方案設計過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.3.4 主要結果的證明.
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基于球極坐標編碼方案的量化控制系統設計與穩定性分析 作者簡介
王建，副教授，本科和碩士畢業于大連理工大學，2012年7月博士畢業于哈爾濱工業大學，現工作于渤海大學數學科學學院。目前從事量化控制系統的編碼方案設計與穩定性分析方面的研究工作。在量化控制領域，提出了一種新的編碼方案：基于球極坐標的編碼方案。這種編碼方案簡化了量化控制系統的設計和穩定性分析，可實現已有編碼方案不易或不能完成的工作。目前主持國家自然科學基金面上項目一項。
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