1、分布式控制与滤波：原理、架构及挑战

分布式控制与滤波：原理、架构及挑战

1. 分布式控制与滤波概述

随着信息处理、通信和传感技术的飞速发展，越来越多的设备具备了嵌入式处理器、联网能力和传感器。这使得在估计和控制领域，我们可以考虑一种让众多简单组件相互通信与协作，以实现共同目标的架构。这种分布式（或网络化）架构在性能、可靠性和设计简易性方面潜力巨大，但同时也要求我们拓展传统的控制、通信和计算理论，将这三个领域统一起来进行研究，然而目前尚未形成系统的分布式系统设计理论。

1.1 传统控制理论的局限性

传统控制理论主要处理动态过程，其工作模式通常是传感器周期性地生成可能带有噪声的测量值，并将其传输给估计器，估计器生成过程状态的估计值，再将该估计值提供给控制器，控制器旨在最小化某个成本函数，最后生成控制输入并通过执行器应用于过程。

但这种传统模式存在诸多隐含假设，例如：
- 传感器周期性生成测量值并传输给估计器；
- 估计器和控制器能够处理所有生成的数据；
- 所有组件使用相同的时钟。

这些假设的核心是认为系统组件几乎可以无限制地进行信息通信和处理。在大多数传统控制系统中，这一假设基本成立，但令人惊讶的是，对于有限且不完美的通信共享和处理所带来的影响，却缺乏足够的研究来进行特征描述和应对。毕竟，控制理论本质上是一门信息科学，反馈回路的基本理念就是利用系统信息来应对环境中的不确定性。

2. 控制架构

2.1 不同控制架构介绍

在反馈控制中，有两种主要操作：信号的来回传输（信息流）和控制动作的计算（决策制定）。为了实现这些操作，可采用多种控制架构，常见的有以下几种：
-