Towards a Theory of Control Architecture: A quantitative framework for layered multi-rate control

本文关注复杂工程和自然系统（如电力系统、通信网络、自主机器人、细菌和人类感觉运动控制等）需要严格的分层控制体系结构（LCAs）理论。这些系统都具有非凡的能力，但由于LCAs所涉及的领域多样化，它们缺乏一致的分析和设计理论。相比之下，有一组核心的通用控制概念和理论，适用范围非常广泛，可以容纳必要的领域特定专业化。然而，控制方法通常仅用于由其他人设计的大型系统中的组件算法设计，通常几乎没有理论。这表明需要将稳健性能从控制扩展到完整的决策和控制堆栈。令人鼓舞的是，从细菌到互联网现有体系结构的成功都归功于显著的通用机制和设计模式。这在很大程度上是由于自然选择的趋同进化而不是智能设计，特别是与组件的复杂设计相比。我们的目标是描述体系结构的通用性并勾勒出通向有用设计理论的初步路径。

本论文旨在为复杂的工程和自然系统（如电力系统、通信网络、自主机器人、细菌和人类感觉运动控制）建立一套严格的分层控制架构（LCA）理论，以弥补现有领域的不足。

本文提出了一种基于控制理论的通用架构设计方法，通过将控制理论与特定领域的专业知识相结合，可以设计出具有鲁棒性和高性能的控制系统。

本文探讨了分层控制架构的普遍机制和设计模式，并且提出了一种新的控制系统设计方法。此外，本文还探讨了现有架构的优点和不足，并提出了未来研究的方向。

在这个领域中，还有一些相关研究，如《分层控制架构的建模与仿真》、《分层控制架构在机器人控制中的应用》等。