[發明專利]隨機傳感器飽和下多率時變網絡系統濾波器的設計方法

有效

• 申請號: 201910504627.3
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110365311B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 陳明慶;呂明;張捷;杜寶珠
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02;G06F17/12;G06F17/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明提出了一種隨機傳感器飽和下多率時變網絡系統濾波器的設計方法，包括以下步驟：1)建立存在隨機傳感器飽和的時變多率網絡系統模型；2)建立多傳感器飽和下時變多率網絡系統輸出模型；3)建立基于事件觸發機制的觸發器模型；4)根據以上3種模型，建立時變多率網絡系統的濾波器模型；5)基于濾波器模型，建立系統的誤差模型；6)對誤差模型分別分析其H_∞性能及方差約束性能；7)綜合考慮6)中的性能指標后，利用舒爾補引理，求出滿足預期指標的有限時域H_∞濾波器的解，最終完成濾波器的設計。本發明綜合分析了多速率網絡系統的H_∞和方差約束兩個性能指標，使設計的濾波器具有更好的穩定性與魯棒性。

技術領域

本發明屬于網絡控制系統領域，具體為一種隨機傳感器飽和下多率時變網絡系統濾波器的設計方法。

背景技術

網絡化的控制系統一方面具有接線數少、易擴展、易維護等優點，另一方面通過信息資源的共享，減少了不必要的浪費。因此，近年來網絡化控制系統在工業生產中得到了廣泛應用。然而，由于網絡帶寬的限制及網絡波動的影響，網絡系統不可避免地會存在時延、丟包、信號衰減與抖動等諸多問題，從而導致系統性能下降甚至不穩定。以上問題給網絡系統的分析、設計帶來了很大的挑戰。近年來已有大量學者對網絡系統中的諸多問題展開了研究。

濾波問題在控制與信號處理領域一直是具有深遠意義的研究課題。隨著網絡化控制系統在工業生產中的廣泛應用，涌現出大量關于網絡控制系統濾波的成果。其是以量測輸出為基礎，采用特定的方法估計出系統內部不可量測的信號或提取出受噪聲干擾的有用信號。早在20世紀40年代就有學者提出維納濾波器，但因其求解困難，并沒有得到廣泛應用。20世紀60年代，卡爾曼提出了著名的卡爾曼濾波算法，其利用狀態空間模型迭代地估計系統狀態，能有效地處理時變、多變量等各種濾波問題，得到了廣泛應用。20世紀80年代出現的H_∞濾波不必像卡爾曼濾波那樣需要已知噪聲信號的統計特性，其只需要保證噪聲/干擾信號到濾波誤差的傳遞函數的H_∞范數小于給定指標的要求即可，具有更好的靈活性與魯棒性。

大多研究成果一方面僅考慮時不變網絡系統的單個性能指標，另一方面假設網絡系統中各節點采樣率是一致的。然而在現實的網絡控制系統中，由于物理或安全的限制，傳感器飽和可能是最常遇到的現象之一,而飽和引起的非線性可能會嚴重降低系統性能。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種隨機傳感器飽和下多率時變網絡系統濾波器的設計方法。

實現本發明的技術解決方案為：一種隨機傳感器飽和下時變多率網絡系統H_∞濾波器設計方法，具體步驟為：

步驟1、建立存在隨機傳感器飽和的時變多率網絡系統模型；

步驟2、根據存在隨機傳感器飽和的時變多率網絡系統模型，建立多傳感器飽和下時變多率網絡系統輸出模型；

步驟3、建立基于事件觸發機制的觸發器模型；

步驟4、根據以上3種模型，建立時變多率網絡系統的濾波器模型；

步驟5、根據濾波器模型建立時變多率網絡系統的誤差模型；

步驟6、對誤差模型進行性能分析，確定滿足濾波器的性能指標的條件；

步驟7、根據確定的滿足濾波器的性能指標的條件，利用舒爾補引理確定步驟4所設計的濾波器的增益矩陣。

優選地，步驟1建立的存在隨機傳感器飽和的時變多率網絡系統模型具體為：