On optimal control over networks with lossy links

Abstract

The topic of this diploma thesis is optimal control of linear, discretetime, time invariant systems over communication networks. It is assumed that the plant and controller are connected with a lossy network. So, there is no reliable, deterministic communication possible and the seperation principle does not hold. However, under certain conditions the controller minimizing the quadratic cost criterion can be obtained. It is shown that this controller is linear and uses the optimal estimates of the Kalman filter. In addition, for the general case a linear, suboptimal controller is derived. Furthermore, stability criterions, robustness issues and packet retransmission are analyzed. Some examples are used to illustrate the results.

Das Thema dieser Diplomarbeit ist optimale Regelung von linearen, zeitdiskreten, zeitinvarianten Systemen über Kommunikationsnetze. Es wird angenommen, dass der Regler und die Regelstrecke mit einem verlustbehafteten Netzwerk verbunden sind. Somit existiert keine zuverlässige, deterministische Kommunikationsmöglichkeit und das Seperationsprinzip gilt nich. Dennoch kann der Regler, welcher das Quadratische Gütekriterium minimiert, unter bestimmten Bedingungen ermittelt werden. Es wird gezeigt, dass der Regler linear ist und die optimale Schätzungen des Kalmanfilter verwendet wird. Zusätzlich wird für den allgemeinen Fall ein linearer, suboptimaler Regler hergeleitet. Ferner werden Stabilitätskriterien, Robustheitsfragen und erneutes Übertragen von Packeten untersucht. Zur Veranschaulichung der Ergebnisse werden Beispiele verwendet.