[發明專利]帶有隨機擾動和時變時滯的切換基因調控網絡的耗散濾波器設計方法

有效

• 申請號: 202010163282.2
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111404512B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 于婷婷;吳立剛;劉健行;孫光輝;姚蔚然
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H03H11/46
• 分類號: H03H11/46
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 于歌

帶有隨機擾動和時變時滯的切換基因調控網絡的耗散濾波器設計方法，涉及混合動力系統控制技術領域。本發明是為了解決在實際的基因調控網絡中，由于一些外部干擾，時滯和切換現象等因素的影響，很難得到精確的基因調控網絡的狀態值的問題。步驟一、根據對稱正定矩陣、外部擾動輸入信號和濾波誤差系統設計李雅普諾夫函數，使濾波誤差系統符合耗散性和均方指數穩定性；步驟二、根據分段李雅普諾夫函數和設計的濾波增益，得到全階線性濾波器，完成對濾波器的設計。它用于設計全階線性濾波器。

技術領域

本發明涉及耗散濾波器的設計方法。屬于混合動力系統控制技術領域。

背景技術

信號在傳輸與檢測過程中不可避免地會受到外界干擾與設備內部噪聲的影響，而濾波器的設計是以測量輸出為基礎，排除干擾對信號的影響，從而對系統內部不可測量的信號或者狀態變量進行準確的估計。在航空航天、電力系統以及各種復雜的工業控制等領域，網絡的引入加速了工程應用的發展，而濾波器一直以來都在網絡化控制系統中起著至關重要的作用。但是，由于網絡帶寬有限，在網絡傳輸過程中可能會出現數據丟失以及時延等問題，這給傳統的濾波器設計方法提出了新的挑戰。

早在20世紀60年代，Kalman提出了隨機系統的最優濾波理論，它是建立在精確的數學模型基礎之上，并且假設外部噪聲為高斯序列，然而在一些實際的工程應用中，噪聲可能是未知的，系統模型也不一定是精確可知的，這就可能會導致濾波發散。針對這種情況，越來越多的學者致力于改善傳統Kalman濾波的性能，對非高斯噪聲輸入下系統的濾波問題進行了深入的研究，并提出了H₂濾波，H_∞濾波，L₁濾波，L₂-L_∞濾波以及耗散濾波算法等。

在實際的基因調控網絡中，為了開發研究合適的藥物，生物學家希望獲得基因調控網絡狀態的精確的穩態值，然而，由于一些外部干擾，時滯和切換現象等因素的影響，很難得到精確的基因調控網絡的狀態值。因此，研究基因調控網絡的濾波器設計就是為了解決這個問題。值得提出的是，耗散濾波包含了H_∞濾波與無源濾波，能夠綜合考慮信號的增益和相位信息，從而對信號有更準確地估計。另一方面，切換基因調控網絡，是由一系列基因調控網絡作為它的子系統，以及在這些子系統之間起協調切換作用的切換規則組成。現有的技術大多都是關于具有馬爾可夫跳變參數的基因調控網絡進行的研究，然而，由于基因轉錄翻譯過程的高度復雜性，有時很難得到特定的馬爾可夫概率分布，從而導致其在實際的工程應用中具有較大的局限性。綜上所述，在帶有隨機擾動和時變時滯的參數切換基因調控網絡中研究耗散濾波器的設計問題具有重要的理論意義和應用價值。

發明內容

本發明是為了解決在實際的基因調控網絡中，由于一些外部干擾，時滯和切換現象等因素的影響，很難得到精確的基因調控網絡的狀態值的問題。現提供帶有隨機擾動和時變時滯的切換基因調控網絡的耗散濾波器設計方法。

帶有隨機擾動和時變時滯的切換基因調控網絡的耗散濾波器設計方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、根據對稱正定矩陣、外部擾動輸入信號和濾波誤差系統設計李雅普諾夫函數，使濾波誤差系統符合耗散性和均方指數穩定性；

步驟二、根據分段李雅普諾夫函數和設計的濾波增益，得到全階線性濾波器，完成對濾波器的設計。

優選的，

濾波誤差系統為：