In closed-loop wireless control systems, the state-of-the-art approach prescribes that a controller receives by wireless communications the individual sensor measurements, and then sends the computed control signal to the actuators. We propose an over-the-air controller scheme where all sensors attached to the plant simultaneously transmit scaled sensing signals directly to the actuator; then the feedback control signal is computed partially over the air and partially by a scaling operation at the actuator. Such over-the-air controller essentially adopts the over-the-air computation concept to compute the control signal for closed-loop wireless control systems. In contrast to the state-of-the-art sensor-to-controller and controller-to-actuator communication approach, the over-the-air controller exploits the superposition properties of multiple-access wireless channels to complete the communication and computation of a large number of sensing signals in a single communication resource unit. Therefore, the proposed scheme can obtain significant benefits in terms of low actuation delay and low wireless resource utilization by a simple network architecture that does not require a dedicated controller. Numerical results show that our proposed over-the-air controller achieves a huge widening of the stability region in terms of sampling time and delay, and a significant reduction of the computation error of the control signal.


翻译:在闭路无线控制系统中,最先进的方法规定,控制器通过无线通信接收单个传感器测量数据,然后将计算控制信号发送到电动器。我们提议了一个超空控制器计划,由所有与工厂相连的传感器同时将缩放式的传感器直接传送给启动器;然后,反馈控制信号部分通过空气计算,部分通过动作器的缩放操作计算。这种超空控制器基本上采用超空计算概念来计算闭路无线控制系统的控制信号。与最先进的传感器对控制器和控制器对激活器的通信方法相反,超空控制器利用多通的无线频道的超定位特性来完成通信和计算一个单一通信资源单位中大量感测信号。因此,拟议的计划可以大大获益于低振动延迟和低无线资源利用的简单网络结构,而不需要专门的控制器。与最先进的传感器对控制器和控控控控器器的计算方法相比,超空控制器的超位性定位利用将大大降低空气计算误差值。

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