【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)已成為工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中必不可少的一部分。在網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)中,控制對(duì)象變得越來越復(fù)雜,很多設(shè)備的運(yùn)行過程會(huì)表現(xiàn)出不同程度的非線性和隨機(jī)性,這給濾波問題的研究帶來了本質(zhì)的困難。此外,網(wǎng)絡(luò)的使用也不可避免地引入數(shù)據(jù)包丟失、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、衰減測(cè)量等通信受限問題,從而導(dǎo)致系統(tǒng)接收到不完整的信息。因此,針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)引起的信息不完整問題,本文就網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的非線性濾波理論展開系統(tǒng)性研究。主要研究成果如下:首先,研究受隨機(jī)非線性和多重衰減測(cè)量影響的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)非線性濾波問題。其中隨機(jī)非線性干擾的統(tǒng)計(jì)特性已知,各傳感器的衰減概率由一個(gè)滿足特定分布的獨(dú)立隨機(jī)變量來支配。通過將隨機(jī)非線性的統(tǒng)計(jì)特性和衰減增益矩陣引入無跡卡爾曼濾波器設(shè)計(jì)中,提出一種改進(jìn)的非線性濾波算法。然后,通過分析估計(jì)誤差及其協(xié)方差的有界性,給出保證濾波器收斂的衰減率臨界值以及使其隨機(jī)穩(wěn)定性的充分條件。其次,研究受數(shù)據(jù)包丟失影響的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)非線性濾波問題。采用基于Send-on-Delta的事件觸發(fā)傳感器調(diào)度策略減少不必要的測(cè)量值傳輸,進(jìn)而降低數(shù)據(jù)包丟失發(fā)生的概率。然后,利用一組獨(dú)立同分布的隨機(jī)變量對(duì)數(shù)據(jù)包丟失進(jìn)行建模。綜合考慮事件觸發(fā)傳感器調(diào)度和丟包的影響,給出事件觸發(fā)傳感器調(diào)度策略與非線性濾波器的協(xié)同設(shè)計(jì)方法,并給出保證設(shè)計(jì)濾波器隨機(jī)穩(wěn)定的充分條件。然后,考慮到確定性傳感器調(diào)度策略會(huì)破壞濾波器更新過程的高斯性。研究基于隨機(jī)事件觸發(fā)傳感器調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)非線性濾波問題。與確定性調(diào)度策略相比,隨機(jī)調(diào)度策略可保持濾波器更新過程的高斯性,有利于濾波器設(shè)計(jì)。根據(jù)隨機(jī)事件觸發(fā)調(diào)度策略的不同,提出兩種非線性濾波算法,并分析了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。最后,分別給出保證兩種濾波算法收斂和隨機(jī)穩(wěn)定的充分條件。最后,考慮受網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延影響的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)非線性濾波問題。通過引進(jìn)隨機(jī)事件觸發(fā)傳感器調(diào)度策略,減少不必要的測(cè)量傳輸并保證狀態(tài)的高斯性。然后,采用特定長(zhǎng)度的緩存器存儲(chǔ)延時(shí)的測(cè)量值,以保證遠(yuǎn)端濾波器最大程度地利用測(cè)量數(shù)據(jù)。最后,提出一種隨機(jī)事件觸發(fā)無跡卡爾曼濾波算法,充分利用緩存器中存儲(chǔ)的測(cè)量值以補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延,進(jìn)而保證狀態(tài)估計(jì)的有效性。
【圖文】：

( )k k ky h x v 式中，k N表示離散采樣時(shí)刻， N 0,1, ，nkx R是狀態(tài)向量，mky R表示傳感器測(cè)量輸出，kD 是一個(gè)已知的矩陣與適當(dāng)?shù)某叽�，qkw R和mkv R分別程噪聲和觀測(cè)噪聲。kw 和kv 均為零均值的高斯噪聲序列，并且與初始狀態(tài)0x 互關(guān)。以下為0x ，kw 和kv 滿足的統(tǒng)計(jì)特性：0 0|0 0|0 { x } x x ,T0 0|0 0 0|0 0|0 { ( x x )( x x ) } P， { } 0k w T{ }k k k w w Q， { } 0k v ，T{ }k k k v v R整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的框圖如圖 3-1 所示。智能傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)信道與遠(yuǎn)端器進(jìn)行連接，，并且測(cè)量值在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象。智能傳感一般的傳感器和事件觸發(fā)調(diào)度器組成，其中調(diào)度器決定是否傳輸當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)當(dāng)一個(gè)特定的條件滿足時(shí)，傳感器傳輸測(cè)量值ky ；否則，不傳輸ky 。對(duì)于傳感言，用于計(jì)算的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳輸能耗，因此，這種事件觸發(fā)機(jī)制可以減少傳的能量消耗，從而延長(zhǎng)智能傳感器的使用壽命。

以下帶有隨機(jī)事件觸發(fā)方式的非線性離散系統(tǒng)： k 1k kk kx f xy h x 表示離散的采樣時(shí)刻，nkx R是系統(tǒng)狀態(tài)，mky R表示mk R分別表示過程噪聲和測(cè)量噪聲。非線性函數(shù) m R已知并連續(xù)可導(dǎo)。k 和k 是相互獨(dú)立的零均值噪聲kR 。此外，初始狀態(tài)0x 服從均值為0|0x ，方差為0|0 P 的高斯 和k 相互獨(dú)立。整體框圖如圖 4-1 所示。測(cè)量值ky 由傳感器傳輸?shù)绞录|行特定的比較策略產(chǎn)生一個(gè)二值變量k ，同時(shí)k 的取值表ky 。當(dāng) 1k 時(shí)，傳感器傳輸ky ，否則，不傳輸ky 。本章波器設(shè)計(jì)兩種非線性濾波器，即采用不可控和可控隨機(jī)事濾波器。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN713;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2682618