[發明專利]一種針對類UDP系統的交互多模型近似狀態估計方法

在審

• 申請號: 202011111569.7
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112653572A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 林鴻;林參;陳志強;劉梅
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L29/06
• 代理公司: 深圳遠勝智和知識產權代理事務所(普通合伙) 44665
• 代理人: 劉鋒

本申請涉及一種針對類UDP系統的交互多模型近似狀態估計方法，揭示并證明了類UDP系統控制丟包率、觀測丟包率和控制輸入對交互多模型估計器穩定性、收斂性和估計性能的影響情況；穩定性由觀測丟包率決定且與控制丟包率和控制輸入無關；收斂性受到控制輸入影響：當控制輸入趨于零時，交互多模型估計器的誤差協方差收斂到對應類TCP系統的最優估計器的誤差協方差；隨觀測丟包率的減小估計性能會變差，而控制丟包率不確定性增加也會使得估計性能變差，隨控制輸入量的增加，在不丟失觀測值的情況下，其期望誤差協方差保持有界，估計性能良好；否則期望誤差協方差變為無界，估計性能變差。并證明了交互多模型估計器的估計性能在平均意義上是優于最小均方誤差估計器的。

技術領域

本申請涉及網絡控制系統技術領域，具體為一種針對類UDP系統的交互多模型近似狀態估計方法。

背景技術

網絡和通信技術的快速發展使得控制系統的各個組成部分可以通過網絡連接起來。這樣的系統稱為網絡化控制系統(NCS)。網絡的引入帶來了許多優點，如減少布線，降低安裝和維護成本，增加系統靈活性。然而，網絡傳輸時延、數據包丟失、網絡量化等約束，給理論研究和實際應用帶來了巨大的挑戰。過往，大量的文獻致力于為NCS設計狀態估計器和控制器來處理網絡導致的約束。

對于遭受丟包的NCS，通常使用兩種基本的通信協議：傳輸控制協議(TCP) 和用戶數據報協議(UDP)；在TCP中，丟失的數據將被重新傳輸，直到發送節點從接收節點收到確認信號(Acknowledgment，ACK)，ACK信號是執行器發送的信號，用于通知估計器控制丟包率是否丟失。因此，對具有ACK信號的系統通常被稱為類TCP系統，不具有ACK信號的系統通常稱為類UDP系統；對于類TCP 系統，其最優估計器是時變卡爾曼濾波器，具有良好的穩定性、收斂性和估計性能；反之對于類UDP系統，需要在“觀測矩陣是平方可逆的、沒有觀測噪聲”的特殊條件下，得到最優估計器，對于一般的類UDP系統，僅在不丟失觀測丟包率的情況下得到系統的最優估計器，但現有實驗證明，需要大量的計算量來實現最優估計器，顯然不能在實踐中得以使用；現有技術中為了降低計算復雜性和計算量，通常采用交互多模型(IMM)估計器去近似相應系統的最優估計器，該方式確實降低了計算復雜性和計算量，卻無法得知類UDP系統的控制丟包率、觀測丟包率和控制輸入是如何影響交互多模型估計器的穩定性、收斂性和估計性能。

申請內容 (一)解決的技術問題

為解決以上問題，本申請提供了一種針對類UDP系統的交互多模型近似狀態估計方法，揭示并證明了類UDP系統的控制丟包率、觀測丟包率和控制輸入對交互多模型估計器的穩定性、收斂性和估計性能的影響情況。

(二)技術方案

為實現上述目的，本申請提供如下技術方案：一種針對類UDP系統的交互多模型近似狀態估計方法，包括以下步驟：

步驟S10：構建類UDP系統：

x_k＝Ax_k-1+θ_kBu_k-1+ω_k (1)