1.4　本书的主要研究内容

当前，关于网络化控制系统的最优性能问题的已有研究，虽然已经获得了一些有意义的结果，并在一定程度上反映出了系统性能与网络特性的内在联系，但所考虑的问题仍具有一定的局限性，大多是考虑某一类特殊情况的网络参量，或对于网络参量处理过程中采用理想假设，并会对被控对象做出一些特殊化的假设和处理，这使得所考虑的网络参量不具有很强的代表性和普适性，得到的性能结果也不能很好的揭示通信参量和系统性能极限的内在联系。总之，对于网络化控制系统性能极限的研究还有很多空白，特别是对于揭示出性能极限和网络通信参量特性的本质特征，最好可以分析得到等式表达式，从对应的表达式中能直观反映出跟踪性能与网络特性的内在联系。

本书正是基于此考虑，针对这些网络固有的通信参量，进一步深入分析和研究系统的跟踪性能极限，包括在控制能量约束情况下多入多出系统的跟踪性能极限，单通道、双通道有色高斯噪声和带宽约束影响下控制系统的跟踪性能极限问题，衰落信道影响下的系统跟踪性能极限问题，等等。

全书研究内容概括如下：

第1章简要阐述经典控制系统与网络化控制系统性能极限的基本概念和国内外研究状况，提出目前需要解决的关键科学问题，阐述其研究意义，概括本书的主要研究内容。

第2章为有关预备知识，介绍网络化控制系统性能极限分析中要用到的一些基本概念，包括基于频域的尤拉参数化方法、互质分解、内外分解、二参数控制器结构以及一些控制理论的基础知识。本章为后续各主体章节的理论推导和分析提供基础。

第3章研究多输入多输出连续时间网络化控制系统跟踪性能极限问题。考虑跟踪一个布朗运动随机过程，针对网络的两种最基本参量，即网络噪声和带宽受限，得到此类网络下最佳可达的系统性能的精确表达形式。结果揭示了系统的最优性能与被控对象的非最小相位零点、不稳定极点和参考信号，以及网络噪声和网络带宽的定量关系。

第4章研究带有色高斯噪声的带宽和能量约束下的双向通道网络化控制系统跟踪性能极限问题。不稳定和非最小相位且具有多重零极点的被控对象被研究。结果定量地给出了系统最优性能与被控对象内部特征和网络噪声、网络带宽、能量约束之间的关系。

第5章研究连续线性时不变、多输入多输出网络化控制系统的跟踪性能极限问题。在输出反馈路径受量化误差、加性高斯白噪声和带宽的限制情况下，还综合考虑了编码和解码。结果定量地揭示了信道噪声、量化误差、网络带宽和编码解码与跟踪性能极限的关系。

第6章研究一种新型性能权衡指标下带有色高斯噪声和带宽约束的网络化控制系统跟踪性能极限问题。性能指标不仅考虑了系统网络输入能量和系统输出与参考信号之差的权衡，还把网络输入能量和被控对象输入能量应用传递函数式的权衡因子对信号的各个频段作权衡。结果反映了网络特性与性能极限的定量关系。

第7章从时域的角度，基于状态空间方法，研究对于网络带有附加高斯白噪声衰落信道的多输入多输出网络化控制系统的调节性能极限问题。通过引入平均性能指标，考虑状态反馈和输出反馈两种情况下的调节性能，分别研究在单参数和双参数两种控制结构下的基本性能极限。系统的最佳可达调节性能通过相应的黎卡迪方程的稳态解给出。

第8章研究网络化控制系统上下通道均受量化影响下的线性时不变系统的最优跟踪性能极限问题。参考信号考虑为阶跃型随机变量。跟踪性能指标定义为均方意义下的跟踪性能极限指标。量化方式考虑对数量化方式。通过使用动态规划目标，得到相应的离散时间黎卡迪方程。基于被给系统的状态空间实现和所得的离散黎卡迪方程，通过输出反馈获得系统的最优跟踪性能极限。

第9章研究被控对象能量限制下的采样数据系统的跟踪性能极限。参考输入信号分别考虑了阶跃信号、实正弦信号、复正弦信号和斜坡信号。研究结果表明，跟踪性能极限不仅与连续被控对象的非最小相位零点和不稳定极点有关，同时，还与由采样器和保持器所产生的非最小相位零点有关。另外，与连续系统结论相比，被控对象离散化后所产生的非最小相位零点和不稳定极点造成了额外的性能极限。此外，跟踪性能极限还与参考输入信号的特征有关。

第10章为总结与展望。首先对全文的研究进行总结，给出本书研究内容的创新点，随后对网络化控制系统性能极限今后的研究方向进行展望。