不完全观测信息下网络化离散随机系统多目标滤波研究
批准号:
12071102
项目类别:
面上项目
资助金额:
51.0 万元
负责人:
陈东彦
依托单位:
学科分类:
控制中的数学方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈东彦
中文摘要
本项目研究不完全观测信息下网络化离散随机系统多目标滤波设计与算法性能分析问题。首先,建立刻画网络诱导现象、通信约束及拓扑结构的数学模型,对传感器网络通信受限现象进行具有实际意义的统计刻画;综合考虑传感器网络通信环境,建立合适的网络化离散随机系统模型。其次,分别研究不同噪声统计特性情形下系统滤波问题,考虑滤波误差方差约束和椭球约束目标,基于不完全观测信息设计新型分布式递推滤波器和集员滤波器,建立滤波增益设计方法和求解算法。然后,利用随机分析、稳定性理论,探讨所提滤波方法及算法的性能分析问题,给出滤波误差稳定性和有界性、滤波算法收敛性和复杂性的判别条件。进一步,基于滚动时域优化方法,构造滚动时域分布式滤波器,有效利用有限域内不完全观测信息,设计以滤波误差成本函数最小化为目标的约束非线性优化问题,提高滤波算法精度。本项目研究结果将丰富网络化离散随机系统滤波研究方法,促进滤波算法在实际问题中应用。
英文摘要
This project will address the problems of multi-objective filter design and algorithm performance analysis for networked discrete stochastic systems under incomplete observation information. The new mathematical models will be established to describe the network induced phenomena, communication constraints and topological structure, which are the statistical characterization with practical significance for the sensor network with communication limitation phenomenon. Considering the sensor network communication environment comprehensively, a suitable networked discrete stochastic system model will be established. Subsequently, the system filtering problems under different noise statistical characteristics are studied separately. Based on the incomplete observation information, the new distributed recursive filter and set-membership filter are designed by considering the targets of the filter error variance constraint and the ellipsoid constraint, and the methods of filtering gain design and solving algorithms are established. Then, by employing stochastic analysis and stability theory, the performance analyses of the proposed filtering method and algorithm are discussed, and the criteria for determining the stability and boundness of the filtering error, the convergence and complexity of the filtering algorithm are given. Furthermore, based on the moving horizon optimization method, the moving horizon distributed filter will be designed. By utilizing the incomplete observation information within finite horizon effectively, the constrained nonlinear optimization problem with the objective of minimizing the filter error cost function will be designed to improve the filtering algorithm accuracy. The research results of this project will enrich the filtering research methods of networked discrete stochastic systems and promote the application of filtering algorithms in practical problems.
在网络化系统滤波研究中,由于网络诱导现象和通信约束的影响,导致系统观测信息具有不完全性,给滤波设计与性能分析带来了困难与挑战。本项目以复杂网络化随机系统为研究对象,关注网络环境下不完全观测信息的合理建模,研究相应系统的状态估计与故障检测问题,设计具有信息补偿的滤波器,分析滤波算法性能,获得了一些新的研究结果。.(1)分析网络化系统中随机网络诱导现象和多重通信机制的影响,建立随机测量输出衰减、测量丢失、测量异常值及自适应事件触发机制、随机通信协议等不完全观测信息模型。(2)根据系统中扰动噪声的特点,设计基于不同性能指标的状态滤波器。针对随机噪声,设计递推滤波器、融合递推滤波器和H∞递推滤波器,建立求解滤波增益的优化算法,给出了系统状态的最优估值;针对受椭球或全对称多胞形约束的有界噪声,设计(保概率)椭球集员滤波器、多胞形集员滤波器、L∞多胞形集员滤波器,建立求解滤波增益的滚动优化算法,给出了系统状态的最优估计区域与界限;证明了滤波算法的有界性、单调性或收敛性。(3)根据系统中饱和非线性等特点,针对不同的性能指标,设计H∞故障检测滤波器、有限时故障检测滤波器、耗散性故障检测滤波器,建立相应残差动态系统满足指定性能指标的充分条件,给出了滤波增益的设计方法,获得了故障的估计区间及故障判定的优化算法。(4)针对混杂随机非线性系统,建立系统全局解为p阶矩渐近稳定与几乎必然渐近稳定、p阶矩指数稳定与几乎必然指数稳定以及噪声-状态稳定的判别准则;针对系统中状态时滞与观测时滞,分别设计状态反馈控制、非周期间歇输出反馈控制与输出反馈保成本控制,保证了相应闭环系统具有均方指数稳定性、p阶矩多项式稳定性及依概率渐近稳定性。.本项的目研究成果在国内外期刊及会议发表学术论文50篇(其中SCI检索42篇)、出版著作1部、授权发明专利3项。本项目的研究结果丰富了网络化随机系统的滤波方法,促进了滤波算法在解决实际问题中的应用。
饱和非线性不确定离散随机系统的控制与估计研究
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批准号:11271103
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2012
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负责人:陈东彦
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依托单位:
凸多面体不确定离散时滞系统的鲁棒控制
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批准号:10771047
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项目类别:面上项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2007
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负责人:陈东彦
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依托单位:
摄动离散矩阵方程及离散不确定系统的鲁棒稳定性
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批准号:10471031
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项目类别:面上项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2004
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负责人:陈东彦
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依托单位:
国内基金
海外基金