【摘要】：濾波技術一直是數(shù)字處理領域的熱門課題之一,其在航天航空、工業(yè)生產(chǎn)、軍用科技等方面都有著極其廣泛的應用。近些年隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展,基于網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的濾波方法得到了極大重視。隨著濾波理論與應用技術的不斷提升與發(fā)展,現(xiàn)今基于網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的濾波方法層出不窮,有效地解決了工業(yè)生產(chǎn)中大量實際問題,提升了現(xiàn)實生產(chǎn)力。本文借助非零和納什博弈來描述多目標濾波問題,考慮丟包環(huán)境下的魯棒最優(yōu)濾波,分別給出有限時間和無限時間下的魯棒最優(yōu)濾波器增益和最差擾動信號的解析解。針對物理模型同時存在隨機噪聲和不確定性噪聲的情況,實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)缺失時的魯棒最優(yōu)濾波。具體可將內(nèi)容分為:第一部分:定義系統(tǒng)在同時存在隨機噪聲和不確定性噪聲時的魯棒最優(yōu)濾波問題。詳細描述物理系統(tǒng)和涉及信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡模型,分別給出有限時間和無限時間下的魯棒最優(yōu)濾波器形式,構建基于誤差信號的代價函數(shù),通過一組納什均衡不等式分別在有限時間和無限時間下給出亟需滿足的魯棒最優(yōu)濾波性能指標。第二部分:針對基于丟包的有限時間魯棒最優(yōu)濾波器設計問題,通過借助一組耦合黎卡提差分方程組,給出相應濾波器的設計方案,并解析地構造出濾波器的最優(yōu)增益,從而滿足待設計的性能指標。具體包括找到魯棒性能最差時的最差信號,進而基于最差信號給出魯棒最優(yōu)濾波器的形式。第三部分:針對基于丟包的無限時間魯棒最優(yōu)濾波器設計問題,通過借助一組耦合修正代數(shù)黎卡提方程組,給出相應濾波器的設計方案,并解析地構造出濾波器的最優(yōu)增益,從而滿足待設計的性能指標。具體包括給出均方穩(wěn)定和完全可觀的定義,給出誤差系統(tǒng)均方穩(wěn)定的證明�；谡`差系統(tǒng)均方穩(wěn)定,找到魯棒性能最差時的最差信號,進而基于最差信號給出魯棒最優(yōu)濾波器的形式。第四部分:借助小車測速仿真和實驗來驗證算法的可行性。包括對小車進行建模,通過迭代算法來求解耦合修正代數(shù)黎卡提方程組,得到最差情況下的增益和魯棒最優(yōu)濾波器增益,完成濾波器的設計。并與相關算法作比較,通過實時估計圖來驗證算法的可行性。進一步給出物理實驗,具體包括通過ZigBee平臺對小車進行超聲波測距,最后分析估計速度曲線和實際速度曲線的誤差。最后,對本文的研究成果進行總結說明,并給出后續(xù)工作的展望和未來的研究方向。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN713
【圖文】：

圖 1-1 遠程輸氣管線無線檢測系統(tǒng)Figure 1-1. Remote gas pipeline wireless monitoring system與網(wǎng)絡技術在推動工業(yè)發(fā)展和提升生產(chǎn)力的同時，也給控制系列新的難題與挑戰(zhàn)。例如法國南特礦業(yè)大學的仿生機械魚實驗過遙操作來控制機械魚在核電站內(nèi)部的工作，但無線通信裝置帶來了信號的干擾、衰減等現(xiàn)象，這些因素都大大影響了機械率。再者，信息網(wǎng)絡的開放性與易感染性也給控制系統(tǒng)帶來了患，如伊朗核電站遭受“震網(wǎng)”(Stuxnet)病毒攻擊[12]，烏克蘭rgy3 惡意軟件攻擊[13]，美國伊利諾伊州城市供水系統(tǒng)的供水泵此外，無線網(wǎng)絡的能耗、節(jié)點間的資源配置、網(wǎng)絡傳輸中數(shù)據(jù)化效應、時變采樣等都是網(wǎng)絡通訊中的常見現(xiàn)象，但在傳統(tǒng)控少涉及�，F(xiàn)狀

圖1-2 顯示了在相同條件下，混合濾波與H 濾波的效果比較圖。圖 1-2 混合濾波與 H 濾波估計誤差對比Figure 1-2. Contradistinction of mixed filter and H filter其中黑色實線表示混合濾波的估計誤差，藍色虛線表示H 濾波的估計誤差。可見，這種H 高斯混合濾波是處理系統(tǒng)同時含有不確定性和系統(tǒng)噪聲情況時的一種有效手段。文獻[53]表明，直流電機驅(qū)動系統(tǒng)同時存在參數(shù)變化和噪聲，這種H 高斯濾波器能有效估計系統(tǒng)中的負載轉(zhuǎn)矩。同時，線性矩陣不等式（LMI）方法也廣泛地應用于解決不確定系統(tǒng)中的各種多目標濾波設計問題，參見文獻[54] [55][56][57][58]及其中的參考文獻。但另一方面，基于網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的混合2H /H 濾波問題還值得進一步研究。

言合2H /H 濾波相關的方法和應用成果已在緒論中做了相應介紹工業(yè)設計中，系統(tǒng)往往同時帶有統(tǒng)計特性已知的白噪聲和任意這時候用混合2H /H 濾波能取得較好的濾波效果。本章將詳細下的魯棒最優(yōu)濾波器設計，并定義相關問題。具體包括：將丟利過程；基于丟包環(huán)境下的系統(tǒng)模型，分別給出有限時間和無優(yōu)濾波器形式；在魯棒最優(yōu)濾波器的基礎上，定義代價函數(shù)和性描述統(tǒng)與網(wǎng)絡模型

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本文編號：2801916