This paper considers a LQR optimal control design problem for distributed control systems with multi-agents. To control large-scale distributed systems such as smart-grid and multi-agent robotic systems over wireless communication networks, it is desired to design a feedback controller by considering various constraints on communication such as limited power, limited energy, or limited communication bandwidth, etc. In this paper, we focus on the reduction of communication energy in an LQR optimal control design problem on wireless communication networks. By considering the characteristic of wireless communication, i.e., Radio Frequency (RF) signal can spread in all directions in a broadcast way, we formulate a low-rank LQR optimal control model to reduce the communication energy in the distributed feedback control system. To solve the problem, we propose an Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM) based algorithm. Through various numerical experiments, we demonstrate that a feedback controller designed using low-rank structure can outperform the previous work on sparse LQR optimal control design, which focuses on reducing the number of communication links in a network, in terms of energy consumption, system stability margin against noise and error in communication.


翻译:本文探讨了多试剂分布式控制系统的LQR最佳控制设计问题。 为了控制无线通信网络的智能电网和多试机机器人系统等大规模分布式系统,我们希望设计一个反馈控制器,考虑对通信的各种限制,例如电力有限、能源有限或通信带宽有限等。在本文件中,我们侧重于减少无线通信网络LQR最佳控制设计问题的通信能源。通过考虑无线通信的特征,即无线电频率信号可以以广播方式向所有方向传播,我们制定了一个低级别LQR最佳控制模型,以减少分布式反馈控制系统中的通信能源。为解决这一问题,我们提议了基于算法的“乘数式调整方向方法 ” ( ADMM) 。通过各种数字实验,我们证明使用低级结构设计的反馈控制器能够超越以往关于稀有LQR最佳控制设计的工作,重点是在能源消耗、系统稳定距离通信噪音和错误方面减少网络通信连接的次数。

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