有限脉冲响应结构下离散随机动态过程的状态估计
批准号:
61603155
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
赵顺毅
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
顾德、徐琛、陈鑫、范雪峰、高岩、朱力杰、陈令奕
中文摘要
状态估计在控制理论发展及工程实践中一直独具魅力,成果丰富,但现有大多数方法均是在Kalman滤波的全局递推结构上所构建的。由于任意时刻系统的观测会在递推结构中向后传播,作用于后续所有的估计值,算法对外界冲击的响应为无限时长,鲁棒性差。有限脉冲响应估计除了能够很好地克服上述缺陷外,还具有抗干扰、对初始误差不敏感、有界输入输出稳定等优点,应用背景极强。然而,将有效脉冲响应结构视为一种状态估计策略现仍处于研究初期,处理实际问题的能力有限。本项目以离散随机动态过程为对象,在有限脉冲响应结构下进行状态估计研究。考虑最小均方意义下无偏有限脉冲响应滤波的迭代形式,减少计算负荷;给出极大似然在有限观测数据下的实现,构建与现有估计算法的桥梁。进一步,求解风险敏感指标与最大估计误差的最小化问题,得到鲁棒有限脉冲响应估计的设计方法。最后对阶段性的成果进行推广,寻求其在离散非线性状态空间下的实现。
英文摘要
State estimation has drawn much attention in control theory and applications, and many useful results have been achieved up to now. However, most of the existing methods are proposed based on the Kalman filter, which estimates the states based on all the past measurements in a recursive manner. Since arbitrary observation will be propagated through recursions and further affects all the subsequent estimates, the resulting algorithm has infinite impulse response and exhibits week robustness. The finite impulse response (FIR) structure can not only overcome this drawback satisfactorily, but also has the advantages such as anti-interference, insensitiveness of initial errors, and the bounded input/bounded output stability, owning a strong application background. Despite these good features, the current research that considers the FIR structure as a state estimation strategy is still in its infancy, which limits the ability of solving practical problems. Therefore, this proposal aims to develop a new filed of FIR filter for discrete stochastic dynamic process. To reduce computational load, the optimal unbiased FIR filter in the minimum mean square error sense is realized iteratively. Then, the maximum likelihood estimate is obtained based on finite measurements, providing a connection between the FIR filters and the existing estimation algorithms. Moreover, robust FIR estimators are developed by minimizing the risk-sensitive cost function and the maximum estimation errors. To have a wider range of application, finally, the results obtained previously are extended to the discrete nonlinear state-space models.
本项目以离散随机动态过程为对象,在有限脉冲响应结构下进行状态估计研究。在本项目执行期间,我们首次给出了极大似然有限脉冲响应滤波的迭代形式,在线估计了无偏有限脉冲滤波所需的最优估计区间长度,保证了其滤波性能。考虑到批次结构下的最优有限脉冲响应滤波算法的计算速度十分缓慢,给出了最优有限脉冲响应滤波算法的预测/更新结构形式,并提出和研究了无偏有限脉冲响应滤波算法在无限传感网络中的应用。同时,我们将卡尔曼滤波与无偏有限脉冲响应滤波作为两个子滤波器,通过对两类不同估计值进行估计融合,以期获得更好性能的估计算法。此外,我们考虑了最优有限脉冲响应在多维度工业系统中的实时估计。为了能够提高最优有限脉冲响应滤波的估计精度,在最小方差的条件下,我们推导得到了其迭代实现形式,结果显示其在迭代过程中与卡尔曼滤波器具有相同的结构。考虑到上述滤波算法均是在最小方差的性能指标下设计的。我们对上述成果依据鲁棒滤波的思路进行了相应的扩展,考虑了特定频段上有限脉冲响应滤波器的设计思路。最后,分析了时延系统有限脉冲响应滤波器的设计以及推导得到了现有最优无偏有限脉冲响应滤波的统一表达式。
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Adaptive-Horizon Iterative UFIR Filtering Algorithm With Applications
自适应水平迭代 UFIR 滤波算法及其应用
DOI:
10.1109/tie.2017.2784405
发表时间:
2018-08
期刊:
IEEE Transactions on Industrial Electronics
影响因子:
7.7
作者:
[Zhao Shunyi, Shmaliy Yuriy S, Ahn Choon Ki, Liu Fei]
通讯作者:
Liu Fei
On the Iterative Computation of Error Matrix in Unbiased FIR Filtering
无偏FIR滤波中误差矩阵的迭代计算
DOI:
10.1109/lsp.2017.2682641
发表时间:
2017-03
期刊:
IEEE Signal Processing Letters
影响因子:
3.9
作者:
[Zhao Shunyi, Shmaliy Yuriy S, Liu Fei]
通讯作者:
Liu Fei
Bias-Constrained Optimal Fusion Filtering for Decentralized WSN With Correlated Noise Sources
具有相关噪声源的分散式无线传感器网络的偏差约束最优融合滤波
DOI:
10.1109/tsipn.2018.2819079
发表时间:
2018-03
期刊:
IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL AND INFORMATION PROCESSING OVER NETWORKS
影响因子:
3.2
作者:
[Shunyi Zhao, Shmaliy Yuriy S., Ahn Choon Ki]
通讯作者:
Ahn Choon Ki
Unified Maximum Likelihood Form for Bias Constrained FIR Filters
偏置约束 FIR 滤波器的统一最大似然形式
DOI:
10.1109/lsp.2016.2627001
发表时间:
2016-11
期刊:
IEEE Signal Processing Letters
影响因子:
3.9
作者:
[Zhao Shunyi, Shmaliy Yuriy S]
通讯作者:
Shmaliy Yuriy S
Iterative Maximum Likelihood FIR Estimation of Dynamic Systems With Improved Robustness
具有改进鲁棒性的动态系统的迭代最大似然 FIR 估计
DOI:
10.1109/tmech.2018.2820075
发表时间:
2018-03
期刊:
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
影响因子:
--
作者:
[Zhao Shunyi, Shmaliy Yuriy S, Ahn Choon Ki]
通讯作者:
Ahn Choon Ki
共 13 条
基于有限脉冲响应结构的随机动态系统迁移状态估计
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批准号:62373167
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:赵顺毅
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依托单位:
基于贝叶斯理论FIR状态估计器的设计与分析
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批准号:61973136
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2019
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负责人:赵顺毅
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依托单位:
国内基金
海外基金