基于隨機(jī)采樣的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問(wèn)題研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸媒介的控制系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如布線成本低，安裝方便以及系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)等。目前，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)已經(jīng)成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。然而有限的帶寬資源使得信息傳輸不可避免地存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、數(shù)據(jù)包丟失和量化誤差等一系列問(wèn)題。
　　在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中，所有的信息必須經(jīng)過(guò)采樣才能發(fā)送到控制器端，而采用均勻的采樣周期無(wú)法使得系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)。由于網(wǎng)絡(luò)的不可

2、預(yù)知性，基于隨機(jī)采樣策略的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題受到了研究的關(guān)注。目前已有一些研究成果，但仍存在不少極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題有待解決:首先，現(xiàn)有方法引入隨機(jī)二進(jìn)制序列描述采樣周期的切換過(guò)程，結(jié)論不易推廣到一般情況;其次，現(xiàn)有研究采用輸入時(shí)滯方法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，復(fù)雜的處理過(guò)程使其難以綜合考慮網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、丟包和量化等其他問(wèn)題;最后，現(xiàn)有研究結(jié)果并未考慮丟包率、量化密度等特征參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系。
　　另一方面，

3、狀態(tài)估計(jì)在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中極為重要。Kalman濾波是狀態(tài)估計(jì)的重要方法，但該方法要求被估計(jì)對(duì)象具有精確的數(shù)學(xué)模型并且噪聲輸入為嚴(yán)格的高斯分布。而實(shí)際系統(tǒng)中往往具有許多不確定性因素，為此，H∞濾波引起了人們的關(guān)注?；谏鲜鲇懻?，本文主要研究具有隨機(jī)采樣特性的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問(wèn)題，具體研究問(wèn)題如下。
　　1、研究了一類具有隨機(jī)采樣、量化和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問(wèn)題。采用馬爾可夫鏈描述傳感器的隨機(jī)采樣過(guò)程，將量化誤差和數(shù)據(jù)包

4、丟失所造成的影響轉(zhuǎn)化為濾波系統(tǒng)的參數(shù)不確定性。基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論和隨機(jī)系統(tǒng)分析方法，導(dǎo)出了濾波系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定且滿足期望噪聲抑制率的充分條件，并給出了濾波器的具體設(shè)計(jì)方法。
　　2、考慮了一類具有能耗約束的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問(wèn)題。引入非等間隔的隨機(jī)采樣、量測(cè)信息降維、隨機(jī)傳輸協(xié)議等節(jié)能策略以降低傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。將能耗約束下的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化濾波系統(tǒng)建模成一個(gè)馬爾科夫切換不確定性系統(tǒng)，并基于隨機(jī)切換系統(tǒng)分析方

5、法，得出了濾波系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有期望噪聲抑制率的充分條件，同時(shí)，給出了對(duì)應(yīng)濾波器參數(shù)的求解方法。
　　3、討論了一類基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式H∞濾波問(wèn)題。系統(tǒng)的量測(cè)信息經(jīng)由一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在隨機(jī)時(shí)刻采集，同時(shí)考慮了傳感器網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)量測(cè)信息丟失和量化問(wèn)題。為處理該濾波問(wèn)題，提出一類分布式濾波策略?；诶钛牌罩Z夫穩(wěn)定性理論和隨機(jī)系統(tǒng)分析方法，推導(dǎo)出了增廣濾波系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定且具有期望噪聲抑制率的充分條件，并介紹了分布式濾波器的設(shè)