一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统和方法

摘要

本发明涉及一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统和方法，包括：待传输信息生成模块，用于生成待传输信息；第一自适应编码模块，接收信息，并对其进行编码；第一解码模块，对编码信息进行解码，并将其传输至控制模块；控制模块，接收解码信息、期望输出轨迹信息和待传输信息生成模块的输入信号，并根据其接收的信息生成新的输入信号；第二自适应编码模块，对新的输入信号进行编码；第二解码模块，对编码信息进行解码，并将其传输至待传输信息生成模块以生成新的待传输信息。其可以利用量化方法极大减少网络环境下的数据传输量，同时能够克服量化带来的量化误差影响，实现零误差跟踪。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统和方法，属于无线通讯技术领域。

背景技术

随着控制系统的大型化、网络化发展，越来越多的控制信号需要通过网络进行实时传输。无线传输方式由于其廉价易部署的特性，也得到了更广泛的关注。无论是网络传输还是无线传输方式，其传输负载都不希望过大。如果运行负载过高，就可能导致网络阻塞、延迟、乱序等结果。

迭代学习控制是一种几乎不依赖于系统信息的、类比人类学习行为的数据驱动控制策略，其核心思想是基于对已完成运行过程的各种数据，对系统运行过程内在的重复性不断进行学习，从而改善系统跟踪性能，适用于非线性、强耦合、建模困难及高精度跟踪难题。

如图1所示，为现有技术中的迭代学习控制系统的结构示意图，若系统为一类离散线性时不变系统，该系统模型表示为：

其中，k为迭代批次，t为离散时间点，x

u

其中L为可调增益矩阵，e

现有迭代学习控制(ILC)多依赖于对完整历史数据的使用，在实际复杂系统操作过程中，需要不断增加硬件投入来确保数据的完备性，使得系统负担和控制成本大大增加。近几十年来，网络技术得到长足发展，特别是廉价易部署的无线传输方式得到大范围应用。根据网络环境的不同，可以使用更便宜的设备以更小的带宽交换更多信息。

量化作为主动不完备数据的方式，针对具体控制目标，将信号连续取值映射为多个离散值，通常表现为模拟信号到数字信号的转化，可有效降低数据量，使系统占用更小硬件资源。量化会不可避免的引入误差，称为量化误差。过去的方法均需先向系统传递期望参考轨迹，并与实际输出进行比较，在现场产生跟踪误差，然后将误差信息量化并传输回来以更新输入信号，此类方法都得益于对数量化器在给定有限范围内足够的精度特性。然而，在给定的有限范围内，对数量化器的状态是无限的，内存需求太大。在加入了量化影响的迭代学习控制系统中，由于量化导致了系统实际输出值与迭代学习控制律计算所得到的输入不可能直接通过网络精确传输，因此会引入量化误差，从而无法实现零误差跟踪。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统和方法，其不需要通过网络环境精确地传递期望参考轨迹，同时能够克服量化带来的量化误差影响，实现零误差跟踪。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统，包括：待传输信息生成模块、第一自适应编码模块、第一解码模块、控制模块、第二自适应编码模块和第二解码模块；待传输信息生成模块，用于生成待传输信息；第一自适应编码模块，接收信息，并对其进行编码；第一解码模块，对第一自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至控制模块；控制模块，接收第一解码模块的解码信息、期望输出轨迹信息和待传输信息生成模块的输入信号，并根据其接收的信息生成新的输入信号；第二自适应编码模块，对新的输入信号进行编码；第二解码模块，对第二自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至待传输信息生成模块以生成新的待传输信息；第一自适应编码模块和第二自适应编码模块均根据其输出的量化输出值对其内部参数进行调节。

进一步，控制模块根据第一解码模块的解码信息对其自适应参数进行调节；待传输信息生成模块根据第二自适应编码模块的解码信息对其自适应参数进行调节。

进一步，第一自适应编码模块、第一解码模块、第二自适应编码模块和第二解码模块的量化器设置为：

其中，i＝1,2,…,v-1，v是最大量化层级，m是一个任意值，若输入向量为m(t)＝[m

进一步，第一自适应编码模块采用以下方法进行编码：若当前批次为第k+1批次，将采集信号y

其中，

进一步，对第一解码模块案按照下式解码：

其中，

进一步，对第一自适应编码模块和待传输信息生成模块对其内部参数进行调节的调节机制均为：

其中，g

进一步，控制模块输出的新的输入信号u

其中，u

进一步，第二自适应编码模块采用以下方法进行编码：若当前批次为第k+1批次，将采集信号u

其中，

对第二解码模块按照下式解码：

其中，

进一步，对第二自适应编码模块和控制模块对其内部参数进行调节的调节机制均为：

其中，h

本发明还公开了一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输方法，用于上述任一种的基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统，包括以下步骤：

S1将待传输信息生成模块、第一编码模块、第一解码模块、控制模块和第二解码模块进行初始化，生成初始待传输信息；

S2信息通过第一解码模块进行编码，根据其输出的量化输出值对其内部参数进行调节；

S3第一解码模块对第一自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至控制模块；

S4控制模块接收第一解码模块的解码信息、期望输出轨迹信息和待传输信息生成模块的输入信号，根据其接收的信息生成新的输入信号，同时根据第一解码模块的解码信息对其自适应参数进行调节；

S5新的输入信号通过第二自适应编码模块进行编码，并根据其输出的量化输出值对其内部参数进行调节；

S6第二解码模块第二自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至待传输信息生成模块以生成新的待传输信息，待传输信息生成模块根据第二解码模块的解码信息对其自适应参数进行调节。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明可以利用量化方法极大减少网络环境下的数据传输量，同时能够克服量化带来的量化误差影响，实现零误差跟踪。2、本发明由于采用了自适应参数调节方法，对量化器的设计要求降低，普通的均匀量化器即可达到设计要求。3、不需要通过网络环境精确地传递期望参考轨迹。

附图说明

图1是现有技术中迭代学习控制系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中基于自适应编解码迭代学习控制信息传输方法的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明针对已有量化误差处理技术的缺陷，提出了一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统和方法，其利用编解码方法的内部状态，每次传输与上一批次内部状态差值，且利用自适应参数调节对差值进行伸缩变换，以免差值始终位于量化死区。用于克服量化误差带来的影响，保障低数据传输速率下迭代学习控制系统的高精度跟踪控制效果。下面通过两个具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例一

本实施例公开了一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统，如图2所示，包括：待传输信息生成模块、第一自适应编码模块、第一解码模块、控制模块、第二自适应编码模块和第二解码模块；

待传输信息生成模块，用于生成待传输信息；

第一自适应编码模块，接收信息，并对其进行编码；

第一解码模块，对第一自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至控制模块；

控制模块，接收第一解码模块的解码信息、期望输出轨迹信息和待传输信息生成模块的输入信号，并根据其接收的信息生成新的输入信号；

第二自适应编码模块，对所述新的输入信号进行编码；

所述第二解码模块，对所述第二自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至所述待传输信息生成模块以生成新的待传输信息；

所述第一自适应编码模块和所述第二自适应编码模块均根据其输出的量化输出值对其内部参数进行调节。

控制模块根据第一解码模块的解码信息对其自适应参数进行调节；待传输信息生成模块根据第二自适应编码模块的解码信息对其自适应参数进行调节。

第一自适应编码模块、第一解码模块、第二自适应编码模块和第二解码模块的量化器设置为：

其中，i＝1,2,…,v-1，v是最大量化层级，m是一个任意值，若输入向量为m(t)＝[m

第一自适应编码模块采用以下方法进行编码：若当前批次为第k+1批次，将采集信号y

其中，

对第一解码模块按照下式解码：

其中，

对第一自适应编码模块和待传输信息生成模块对其内部参数进行调节的调节机制均为：

其中，g

控制模块输出的新的输入信号u

其中，u

第二自适应编码模块采用以下方法进行编码：若当前批次为第k+1批次，将采集信号u

其中，

对第二解码模块按照下式解码：

其中，

对第二自适应编码模块和控制模块对其内部参数进行调节的调节机制均为：

其中，h

实施例二

基于相同的发明构思，本实施例公开一种基于自适应编解码迭代学习控制信息传输方法，其特征在于，用于实施例一中任一项的基于自适应编解码迭代学习控制信息传输系统，包括以下步骤：

S1将待传输信息生成模块、第一解码模块、控制模块和第二解码模块进行初始化，生成初始待传输信息；

待传输信息生成模块、第一编码模块、第一解码模块、控制模块和第二解码模块参数结构初始化方法如下：

第一编码模块内部状态设置为

S2信息通过第一解码模块进行编码，根据其输出的量化输出值对其内部参数进行调节；

S3第一解码模块对第一自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至控制模块；

S4控制模块接收第一解码模块的解码信息、期望输出轨迹信息和待传输信息生成模块的输入信号，根据其接收的信息生成新的输入信号，同时根据第一解码模块的解码信息对其自适应参数进行调节；

S5新的输入信号通过第二自适应编码模块进行编码，并根据其输出的量化输出值对其内部参数进行调节；

S6第二解码模块第二自适应编码模块的编码信息进行解码，并将其传输至待传输信息生成模块以生成新的待传输信息，待传输信息生成模块根据第二解码模块的解码信息对其自适应参数进行调节。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。