[發(fā)明專利]一種計及傳感器故障的分數階網絡系統狀態(tài)估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710082556.3
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106936628B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 孫永輝;王義;張博文;衛(wèi)志農;孫國強;翟蘇巍;汪婧
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

本發(fā)明公開了一種計及傳感器故障的分數階網絡系統狀態(tài)估計方法，用于分析分數階網絡系統因傳感器故障而引起的數據丟包情況下的狀態(tài)估計問題。該方法的具體步驟如下：首先對傳感器故障情況下，發(fā)生數據隨機丟包的系統模型進行了分析，建立了考慮數據隨機丟包情況下的分數階網絡系統模型。接著，以傳統的分數階擴展卡爾曼濾波狀態(tài)估計方法為基礎，結合傳感器故障情況下的分數階網絡系統模型，設計出了改進分數階擴展卡爾曼狀態(tài)估計方法。本方法適用于傳感故障引起數據隨機丟包情況下的分數階網絡系統狀態(tài)估計問題，且流程簡單易于實現。

技術領域

本發(fā)明涉及一種計及傳感器故障的分數階網絡系統狀態(tài)估計方法，屬于網絡系統分析與控制技術領域。

背景技術

網絡系統的分析與控制對于保證網絡系統安全穩(wěn)定的運行具有重要的意義。近年來，隨著傳感器技術的發(fā)展，網絡系統的實時在線監(jiān)測與控制成為了眾多研究人員所關注的焦點。在現有的研究中，借助于傳感器所獲取的實時量測信息，通過設計動態(tài)的狀態(tài)估計器，是實現網絡系統實時分析與控制的主要途徑。

一般情況下，現場數據通過傳感器進行量測，然后通過信息傳輸通道傳到控制中心，但是需要注意的是，傳感器所量測的信息并不總是真實的，因為其會受到外界的干擾，以及信號的衰減，甚至傳感器故障的影響。所以，在進行網絡系統的動態(tài)估計器時必須計及量測信號發(fā)生丟包的情況。

分數階網絡系統由于可以更加精確的描述系統的結構，近年來被廣泛應用于各個領域，如運用在電力系統網絡中，可以更加精確的對電力系統中的節(jié)點電壓和電流進行預測和估計。但是，在現有的分數階網絡系統研究中，計及傳感器失敗所引起的數據丟包現象主要集中于線性的分數階網絡，而對非線性分數階網絡計及傳感器故障的分析和研究，國內外鮮有相關報道。為了進一步拓展分數階網絡的應用，本發(fā)明設計了計及傳感器故障下的非線性分數階網絡系統的狀態(tài)估計方法，并從理論上給予了證明。最后，實際的分數階網絡系統算例測試驗證了本發(fā)明方法的有效性和實用性。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：針對現有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種計及傳感器失效的非線性分數階網絡狀態(tài)估計方法。

技術方案：一種計及傳感器故障的分數階網絡系統狀態(tài)估計方法，包括如下部分：

1)計及傳感器故障的分數階網絡系統建模

對于傳感器故障下，系統量測數據發(fā)生隨機丟包的離散非線性分數階網絡系統，其狀態(tài)方程x_k+1和輸出方程y_k分別為：

Δ^γx_k+1＝f(x_k)+w_k

y_k＝Γ_kh(x_k)+v_k

式中：x_k+1表示k+1時刻的狀態(tài)矢量，y_k表示k時刻的輸出矢量，f(·)和h(·)對應于兩個可用泰勒級數展開的非線性函數，w_k和v_k分別為k時刻的系統噪聲值和量測噪聲值，二者相互獨立無關，滿足的協方差矩陣分別為Q_k和R_k，式中γ_j和Γ_k計算公式如下

式中n≥0是分數階階次，j≥0代表不同時刻，是符合伯努利分布的二進制標量，其取值為0或1；期望和方差分別為π_i，π_i(1-π_i)，即滿足(其中P(·)表示某件事發(fā)生的概率)