基于有損測量信息的網(wǎng)絡(luò)化不確定系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)近年來成為了控制領(lǐng)域備受關(guān)注的研究課題之一。估計(jì)技術(shù)已在通訊、航海、目標(biāo)跟蹤、計(jì)算機(jī)視覺和故障診斷等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前有關(guān)的研究成果主要集中在確定性系統(tǒng)、一步時(shí)延、噪聲不相關(guān)或噪聲統(tǒng)計(jì)特性準(zhǔn)確可知等情形。然而，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬資源有限并且為各節(jié)點(diǎn)所共享，數(shù)據(jù)包在傳輸過程中不可避免地發(fā)生時(shí)間延遲、數(shù)據(jù)包丟失、時(shí)序錯(cuò)亂等網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象，從而致使估計(jì)器接收到的數(shù)據(jù)往往是非實(shí)時(shí)的、有損的。另一方面，實(shí)際系統(tǒng)的準(zhǔn)確模型很難

2、得到，模型誤差的存在也給估計(jì)器的設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，本文在多網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)因素和模型誤差綜合影響下，研究網(wǎng)絡(luò)化不確定系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問題，主要內(nèi)容歸納如下：
　　研究了帶有相關(guān)噪聲和有損測量值的線性不確定系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問題。狀態(tài)方程和測量方程中分別引入乘性噪聲描述隨機(jī)不確定性，并且假定過程噪聲和測量噪聲是一步自相關(guān)和互相關(guān)的。采用改進(jìn)的多步時(shí)延和丟包模型來刻畫有損測量信息?；跔顟B(tài)增廣法和新息分析法，提出了最小方差意義下的線性估計(jì)器

3、設(shè)計(jì)算法，并揭示了估計(jì)誤差協(xié)方差陣與乘性噪聲方差、一步相關(guān)系數(shù)矩陣和時(shí)延、丟包概率之間的約束關(guān)系。針對時(shí)不變系統(tǒng)，建立了穩(wěn)態(tài)估計(jì)器存在的充分條件。
　　研究了噪聲協(xié)方差未知和有損測量信息影響下線性不確定系統(tǒng)的魯棒卡爾曼濾波問題。在狀態(tài)矩陣、輸出矩陣以及噪聲協(xié)方差矩陣中引入范數(shù)有界的參數(shù)不確定性來刻畫模型誤差和噪聲協(xié)方差未知的情形，利用已有的多步時(shí)延和丟包模型來描述估計(jì)器接收到的有損測量值現(xiàn)象。運(yùn)用測量值重組法把原始系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不帶時(shí)

4、延的隨機(jī)不確定系統(tǒng)，進(jìn)而提出相應(yīng)的魯棒卡爾曼濾波器，給出濾波誤差協(xié)方差的上界?；诶杩ㄌ岵罘址匠谭椒ǎ玫搅耸篂V波誤差協(xié)方差上界的跡最小的濾波增益表達(dá)式。
　　研究了帶有隨機(jī)時(shí)延和測量值丟失的線性不確定系統(tǒng)的魯棒卡爾曼濾波問題。狀態(tài)矩陣中同時(shí)考慮了范數(shù)有界不確定性和隨機(jī)不確定性。引入服從伯努利分布的隨機(jī)變量來刻畫隨機(jī)時(shí)延和測量值丟失等網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象。將隨機(jī)不確定性轉(zhuǎn)移到過程噪聲中，基于狀態(tài)增廣法設(shè)計(jì)魯棒濾波器，并獲得了使濾波誤差協(xié)方

5、差上界最小的充分條件，從而解決了一類帶有隨機(jī)時(shí)延和測量值丟失的線性不確定系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)問題。
　　研究了帶有多步傳輸時(shí)延、多丟包和相關(guān)噪聲的離散隨機(jī)非線性系統(tǒng)的遞推估計(jì)問題。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)均值來描述隨機(jī)非線性，并假定過程噪聲和測量噪聲是一步自相關(guān)和互相關(guān)的噪聲。利用新息分析法給出了遞推濾波器、多步預(yù)報(bào)器和多步平滑器的設(shè)計(jì)算法。建立了狀態(tài)協(xié)方差陣收斂和非線性時(shí)不變系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)估計(jì)器存在的充分條件。研究結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的估計(jì)算法依賴于時(shí)延與丟

6、包的概率、一步相關(guān)系數(shù)矩陣及用于描述隨機(jī)非線性的矩陣。
　　研究了帶有多步傳輸時(shí)延和丟包的隨機(jī)非線性系統(tǒng)的分布式融合卡爾曼濾波問題。狀態(tài)方程和測量方程中同時(shí)含有用統(tǒng)計(jì)均值描述的隨機(jī)非線性，并引入服從伯努利分布的隨機(jī)變量來構(gòu)建時(shí)延的測量模型。運(yùn)用測量值重組法將原始系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不帶時(shí)延的系統(tǒng)，對每個(gè)子系統(tǒng)，借助新息分析法設(shè)計(jì)了最優(yōu)局部估計(jì)器，并給出了任意兩個(gè)局部濾波器之間的濾波誤差互協(xié)方差矩陣。由矩陣加權(quán)融合估計(jì)準(zhǔn)則得出了分布式融合濾波

7、器，而且建立了估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣收斂的充分條件。
　　研究了事件觸發(fā)傳輸機(jī)制、測量值丟失和隨機(jī)發(fā)生不確定綜合影響下離散線性系統(tǒng)的魯棒濾波問題。狀態(tài)矩陣中引入了隨機(jī)發(fā)生的范數(shù)有界不確定性，并用服從伯努利分布的隨機(jī)變量來刻畫觀測值丟失現(xiàn)象。為了提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，采用事件觸發(fā)傳輸機(jī)制將新息值傳輸給估計(jì)器，進(jìn)而提出基于事件觸發(fā)的一步預(yù)報(bào)器和濾波器的設(shè)計(jì)算法?；跔顟B(tài)增廣法和隨機(jī)分析技巧，確立了估計(jì)誤差協(xié)方差上界存在的充分條件。通過使估