[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有冗余時(shí)滯通道非線性系統(tǒng)的模糊比例-積分狀態(tài)估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011054145.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112180725B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王業(yè)政;王子棟;鄒磊;宋保業(yè);趙忠義;郭繼躍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 青島錦佳專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 37283
• 代理人: 朱玉建

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有冗余時(shí)滯通道非線性系統(tǒng)的模糊比例?積分狀態(tài)估計(jì)方法，該方法用于解決一類(lèi)冗余時(shí)滯通道影響下非線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，具體包括以下步驟：基于Takagi?Sugeno模糊建模技術(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型建立；考慮時(shí)滯現(xiàn)象的冗余通道傳輸模型建立；基于可獲得的測(cè)量輸出構(gòu)造模糊比例?積分濾波器；然后，構(gòu)造性能指標(biāo)輔助函數(shù)，根據(jù)輔助函數(shù)通過(guò)求解線性矩陣不等式得到濾波器增益的值；最后基于得到的濾波器增益，計(jì)算得到模糊比例?積分濾波器的估計(jì)值。本發(fā)明結(jié)合了模糊狀態(tài)估計(jì)和比例積分狀態(tài)估計(jì)兩種技術(shù)，估計(jì)效果好，且由于關(guān)鍵變量采用求解矩陣不等式的方法，保證了算法的易執(zhí)行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有冗余時(shí)滯通道非線性系統(tǒng)的模糊比例-積分狀態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

狀態(tài)估計(jì)是控制理論的基本研究問(wèn)題之一，在實(shí)際工程中有著重要意義。狀態(tài)估計(jì)的基本思想是利用獲得的輸出信息，采取合適的濾波算法，在給定的性能指標(biāo)下，得到系統(tǒng)真實(shí)狀態(tài)的估計(jì)值。從過(guò)去幾十年以來(lái)，為了滿(mǎn)足不同的工業(yè)需求，人們提出了許多濾波算法來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)估計(jì)，并且在實(shí)踐中取得了滿(mǎn)意的效果。非線性現(xiàn)象在生活中廣泛存在，幾乎所有的實(shí)際系統(tǒng)都呈現(xiàn)出非線性特征，對(duì)于非線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)具有重要的實(shí)際意義。

在眾多針對(duì)非線性系統(tǒng)的濾波算法中，模糊濾波被證明是非常有效的一種狀態(tài)估計(jì)方法，這主要得益于模糊集合、模糊系統(tǒng)特有的優(yōu)勢(shì)，比如更大程度地引入了人類(lèi)知識(shí)、模型簡(jiǎn)潔、物理含義明確、易于實(shí)施等。另一方面，由于在濾波算法中引入積分項(xiàng)能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差、提高濾波器魯棒性，因此，應(yīng)用比例-積分濾波算法通常會(huì)帶來(lái)更好的估計(jì)效果。

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，系統(tǒng)中各元件之間的信息交互通常由通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。通信網(wǎng)絡(luò)的使用會(huì)帶來(lái)很多優(yōu)勢(shì)，比如降低了成本、易于維護(hù)、傳輸靈活等。然而實(shí)際中通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬是有限的，當(dāng)大量的數(shù)據(jù)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，容易造成數(shù)據(jù)擁堵，繼而帶來(lái)一系列不利影響，比如傳輸時(shí)滯、數(shù)據(jù)包丟失等，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)極大影響濾波效果。

為了盡量減少數(shù)據(jù)擁堵造成的不利影響，相關(guān)技術(shù)人員提出了很多策略來(lái)規(guī)劃數(shù)據(jù)傳輸，其中，采用冗余通道是較為有效的一種方法。在冗余通道機(jī)制下，多個(gè)通道共同用于數(shù)據(jù)傳輸，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕M(jìn)而進(jìn)一步提高狀態(tài)估計(jì)的效果。然而，現(xiàn)有的針對(duì)非線性系統(tǒng)的眾多濾波算法中，大都是針對(duì)單一通道下非線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，因而無(wú)法處理冗余時(shí)滯通道影響下非線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種具有冗余時(shí)滯通道非線性系統(tǒng)的模糊比例-積分狀態(tài)估計(jì)方法，以解決現(xiàn)有濾波方法無(wú)法處理冗余時(shí)滯通道影響下非線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種具有冗余時(shí)滯通道非線性系統(tǒng)的模糊比例-積分狀態(tài)估計(jì)方法，包括如下步驟：

S1.基于T-S模糊建模技術(shù)建立系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，如公式(1)所示：

其中，x(k)表示k時(shí)刻非線性系統(tǒng)的狀態(tài)變量，x(k)為n_x維列向量；

y(k)表示k時(shí)刻非線性系統(tǒng)的測(cè)量輸出信號(hào)，y(k)為n_y維列向量；

z(k)表示k時(shí)刻的待估計(jì)信號(hào)，z(k)為n_z維列向量；

ω(k)表示能量有界的噪聲，ω(k)為n_ω維列向量；n_x、n_y、n_z、n_ω表示已知的正整數(shù)；

r表示模糊規(guī)則總數(shù)；

θ(k)表示由能夠檢測(cè)的狀態(tài)或測(cè)量輸出組成的向量；μ_i(θ(k))為模糊系統(tǒng)的隸屬度函數(shù)，表示第i個(gè)模糊模態(tài)在k時(shí)刻所占整個(gè)非線性系統(tǒng)的權(quán)重；