Stochastic Networked Control Systems: Stabilization and Optimization under Information Constraints

سیستم‌های کنترل شبکه‌ای امروزه به طور فزاینده‌ای در همه جا حاضر شده‌اند، با کاربردهایی از ارتباطات وسیله نقلیه و شبکه‌های برق تطبیقی ​​گرفته تا اکتشاف فضا و اقتصاد. طراحی بهینه چنین سیستم‌هایی چالش‌های عمده‌ای را ارائه می‌کند و به ابزارهایی از رشته‌های مختلف در ریاضیات کاربردی مانند کنترل غیرمتمرکز، کنترل تصادفی، تئوری اطلاعات و کمی‌سازی نیاز دارد. کتاب حاوی سیستم‌های کنترل شبکه‌ای تصادفی: تثبیت و بهینه‌سازی تحت محدودیت‌های اطلاعاتی با هدف اتصال این رشته‌های متنوع با دقت و دقت، در حالی که دستورالعمل‌های طراحی را به معماران کنترل‌کننده منتقل می‌کند. در ادبیات منحصر به فرد است، یک پایه نظری جامع برای مطالعه سیستم های کنترل شبکه ای ایجاد می کند و مجموعه ای از ابزارهای بتن را برای کار در این زمینه معرفی می کند. ویژگی های بارز عبارتند از:

· خصوصیات، مقایسه و طراحی بهینه ساختارهای اطلاعاتی در تیم های ایستا و پویا. ویژگی‌های عملیاتی، ساختاری و توپولوژیکی ساختارهای اطلاعاتی در تصمیم‌گیری بهینه، با برنامه‌ای سیستماتیک برای تولید سیاست‌های کدگذاری و کنترل بهینه. مفهوم سیگنالینگ و استفاده از آن در تثبیت و بهینه سازی سیستم های کنترل غیرمتمرکز

· ارائه روش های ریاضی برای پایداری تصادفی سیستم های کنترل شبکه ای با استفاده از زمان تصادفی، شرایط رانش وابسته به حالت و روش های مارتینگل.

· شناسایی و مطالعه کانال های اطلاعاتی که منجر به اشکال مختلف پایداری تصادفی مانند ایستایی، ارگودیسیته و پایداری درجه دوم می شود. و ارتباط با اطلاعات و نظریه های کوانتیزاسیون. تجزیه و تحلیل کلاس‌های مختلف سیستم‌های کنترل متمرکز و غیرمتمرکز.

· طراحی مشترک بهینه سیاست‌های رمزگذاری و کنترل بر روی کانال‌های اطلاعاتی مختلف و تحت معیارهای بهینه‌سازی عمومی، از جمله پوشش دقیق خطی -مدل های درجه دوم-گاوسی.

· توافق غیرمتمرکز و بهینه سازی پویا تحت محدودیت های اطلاعاتی.

این تک نگاری به سمت مخاطبان گسترده ای از محققان دانشگاهی و صنعتی علاقه مند به تئوری کنترل، نظریه اطلاعات، بهینه سازی، اقتصاد و ریاضیات کاربردی. همچنین می تواند به عنوان متن تکمیلی فارغ التحصیل عمل کند. انتظار می رود خواننده با سیستم های خطی، فرآیندهای تصادفی و زنجیره های مارکوف آشنایی داشته باشد، اما پیشینه لازم را نیز می توان تا حدی از طریق چهار ضمیمه مندرج در پایان به دست آورد.

< /p>

· خصوصیات، مقایسه و طراحی بهینه ساختارهای اطلاعاتی در تیم های ایستا و پویا. ویژگی‌های عملیاتی، ساختاری و توپولوژیکی ساختارهای اطلاعاتی در تصمیم‌گیری بهینه، با برنامه‌ای سیستماتیک برای تولید سیاست‌های کدگذاری و کنترل بهینه. مفهوم سیگنالینگ و استفاده از آن در تثبیت و بهینه سازی سیستم های کنترل غیرمتمرکز

· ارائه روش های ریاضی برای پایداری تصادفی سیستم های کنترل شبکه ای با استفاده از زمان تصادفی، شرایط رانش وابسته به حالت و روش های مارتینگل.

· شناسایی و مطالعه کانال های اطلاعاتی که منجر به اشکال مختلف پایداری تصادفی مانند ایستایی، ارگودیسیته و پایداری درجه دوم می شود. و ارتباط با اطلاعات و نظریه های کوانتیزاسیون. تجزیه و تحلیل کلاس‌های مختلف سیستم‌های کنترل متمرکز و غیرمتمرکز.

· طراحی مشترک بهینه سیاست‌های رمزگذاری و کنترل بر روی کانال‌های اطلاعاتی مختلف و تحت معیارهای بهینه‌سازی عمومی، از جمله پوشش دقیق خطی -مدل های درجه دوم-گاوسی.

· توافق غیرمتمرکز و بهینه سازی پویا تحت محدودیت های اطلاعاتی.

این تک نگاری به سمت مخاطبان گسترده ای از محققان دانشگاهی و صنعتی علاقه مند به تئوری کنترل، نظریه اطلاعات، بهینه سازی، اقتصاد و ریاضیات کاربردی. همچنین می تواند به عنوان متن تکمیلی فارغ التحصیل عمل کند. انتظار می رود خواننده با سیستم های خطی، فرآیندهای تصادفی و زنجیره های مارکوف آشنایی داشته باشد، اما پیشینه لازم را نیز می توان تا حدی از طریق چهار ضمیمه مندرج در پایان به دست آورد.

Networked control systems are increasingly ubiquitous today, with applications ranging from vehicle communication and adaptive power grids to space exploration and economics. The optimal design of such systems presents major challenges, requiring tools from various disciplines within applied mathematics such as decentralized control, stochastic control, information theory, and quantization.

A thorough, self-contained book, Stochastic Networked Control Systems: Stabilization and Optimization under Information Constraints aims to connect these diverse disciplines with precision and rigor, while conveying design guidelines to controller architects. Unique in the literature, it lays a comprehensive theoretical foundation for the study of networked control systems, and introduces an array of concrete tools for work in the field. Salient features included:

· Characterization, comparison and optimal design of information structures in static and dynamic teams. Operational, structural and topological properties of information structures in optimal decision making, with a systematic program for generating optimal encoding and control policies. The notion of signaling, and its utilization in stabilization and optimization of decentralized control systems.

· Presentation of mathematical methods for stochastic stability of networked control systems using random-time, state-dependent drift conditions and martingale methods.

· Characterization and study of information channels leading to various forms of stochastic stability such as stationarity, ergodicity, and quadratic stability; and connections with information and quantization theories. Analysis of various classes of centralized and decentralized control systems.

· Jointly optimal design of encoding and control policies over various information channels and under general optimization criteria, including a detailed coverage of linear-quadratic-Gaussian models.

· Decentralized agreement and dynamic optimization under information constraints.

This monograph is geared toward a broad audience of academic and industrial researchers interested in control theory, information theory, optimization, economics, and applied mathematics. It could likewise serve as a supplemental graduate text. The reader is expected to have some familiarity with linear systems, stochastic processes, and Markov chains, but the necessary background can also be acquired in part through the four appendices included at the end.

· Characterization, comparison and optimal design of information structures in static and dynamic teams. Operational, structural and topological properties of information structures in optimal decision making, with a systematic program for generating optimal encoding and control policies. The notion of signaling, and its utilization in stabilization and optimization of decentralized control systems.

· Presentation of mathematical methods for stochastic stability of networked control systems using random-time, state-dependent drift conditions and martingale methods.

· Characterization and study of information channels leading to various forms of stochastic stability such as stationarity, ergodicity, and quadratic stability; and connections with information and quantization theories. Analysis of various classes of centralized and decentralized control systems.

· Jointly optimal design of encoding and control policies over various information channels and under general optimization criteria, including a detailed coverage of linear-quadratic-Gaussian models.

· Decentralized agreement and dynamic optimization under information constraints.

This monograph is geared toward a broad audience of academic and industrial researchers interested in control theory, information theory, optimization, economics, and applied mathematics. It could likewise serve as a supplemental graduate text. The reader is expected to have some familiarity with linear systems, stochastic processes, and Markov chains, but the necessary background can also be acquired in part through the four appendices included at the end.