[發(fā)明專利]一種非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的非脆弱量化耗散濾波方法

有效

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• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108629096B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘豐;王劍峰;程麒
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;G06F17/12;G06F17/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發(fā)明提供了一種非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的非脆弱量化耗散濾波方法，屬于非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的耗散濾波領(lǐng)域。該方法在考慮網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)存在時延、丟包和量化誤差情況下，首先建立增廣系統(tǒng)模型；再設(shè)計濾波器參數(shù)存在攝動的情況下的非脆弱量化耗散濾波器；構(gòu)造Lyapunov函數(shù)，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論和線性矩陣不等式分析方法，得到濾波誤差系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定和非脆弱量化耗散濾波器存在的充分條件；利用Matlab LMI工具箱進(jìn)行求解，給出非脆弱耗散濾波器參數(shù)矩陣為本發(fā)明考慮了傳感器?濾波器之間的時延、丟包和量化誤差情況，量化器采用對數(shù)量化器，降低了非脆弱量化耗散濾波器設(shè)計的保守性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的耗散濾波領(lǐng)域，涉及存在時延、丟包、量化以及濾波器存在參數(shù)攝動情況下，一種非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的非脆弱量化耗散濾波方法。

背景技術(shù)

通過通信網(wǎng)絡(luò)形成的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(networked controlsystems，簡記NCSs)，NCSs具有安裝維護(hù)方便、靈活性高和易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。然而，通信網(wǎng)絡(luò)的引入導(dǎo)致了系統(tǒng)存在以下問題：1)網(wǎng)絡(luò)時延：數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)絡(luò)傳輸時因為網(wǎng)絡(luò)堵塞或者外界干擾等原因，使得網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在網(wǎng)絡(luò)時延問題；2)丟包：數(shù)據(jù)傳輸過程中因為網(wǎng)絡(luò)堵塞和資源競爭等原因會引起數(shù)據(jù)包丟失的問題。3)量化誤差：采用量化器降低網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載的同時會產(chǎn)生量化誤差的問題。同時外界的不確定因素可能會導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低甚至失穩(wěn)。因此，使NCSs具有容錯能力并保持較好的抗干擾性能具有十分重要的理論意義和實踐價值。

針對NCSs中存在的時延、丟包以及量化誤差問題，很多學(xué)者和專家都做了大量研究。馬躍進(jìn)等在論文《不確定時滯離散非線性系統(tǒng)的魯棒耗散濾波》中，研究了時延對系統(tǒng)穩(wěn)定性和耗散性能的影響。林瓊斌等在《具有多數(shù)據(jù)丟包非線性系統(tǒng)的耗散模糊濾波》中，研究了丟包對系統(tǒng)穩(wěn)定性和耗散性能的影響，張鵬等在論文《線性不確定時滯系統(tǒng)的魯棒耗散濾波器》中，研究系統(tǒng)參數(shù)不確定性以及時延對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耗散性能的影響。上述濾波方面的研究僅僅考慮到了時延或者丟包或者量化誤差，并沒有考慮到濾波器自身參數(shù)受到外界干擾也會產(chǎn)生一些變化，然而在實際的情況下時延、丟包和量化是同時存在的，并且濾波器自身參數(shù)也是會受到干擾變化的，所以采用非脆弱濾波顯得十分重要，它能使系統(tǒng)迅速穩(wěn)定，擾動抑制水平更佳，濾波估計效果更好。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的非脆弱量化耗散濾波方法。考慮到網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)在存在時延、丟包、量化以及濾波器存在參數(shù)攝動情況下，設(shè)計了非脆弱耗散濾波器，使得非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)在上述情況下仍能保持隨機(jī)穩(wěn)定，并且嚴(yán)格耗散。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的非脆弱量化耗散濾波方法，包括以下步驟：

1)建立非線性離散系統(tǒng)模型：

其中：x(k)∈Rⁿ為系統(tǒng)的狀態(tài)向量，z(k)∈R^q為系統(tǒng)的被估計信號向量，y(k)∈R^P為系統(tǒng)的測量輸出向量，w(k)∈R^m為系統(tǒng)的外部干擾信號向量；w(k)∈l₂[0,∞)，A∈R^n×n、B∈R^n×m、C∈R^n×n、D∈R^n×m、L₁∈R^q×n、L₂∈R^q×m為系統(tǒng)的常數(shù)矩陣；f(k,x(k))∈Rⁿ為滿足Lipschitz(利普希茨連續(xù)條件)條件非線性向量項，||f(k,x(k))||≤||W₂x(k)||，W₂∈R^n×n為常數(shù)矩陣；

2)建立網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)存在時延、丟包和量化誤差情況下的增廣系統(tǒng)模型：