[發明專利]基于事件觸發機制的城市道路系統的可靠濾波設計方法

有效

• 申請號: 202110259067.7
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113033976B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 張俊鋒;鄧宣金
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26;G08G1/01
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 楊小凡

1.基于事件觸發機制的城市道路系統的可靠濾波設計方法，其特征在于包含如下步驟：

步驟1，采集城市道路各交叉路口的流量數據，建立道路系統的流量狀態空間正系統模型，包括如下步驟：

步驟1.1，記錄單位時間內流入流出各城市道路交通路口的車輛數和人口數，進而得到路口的車流量平衡方程為：

其中，v_i(k)為某一交叉路口的第i條支路的第k時刻的車輛數，Δt為單位時間間隔，為第k時刻從第j條支路流入到第i條支路的車輛數，為第k時刻從第i條支路流出到第h條支路的車輛數；

步驟1.2，根據步驟1.1所得到的統計數據建立城市道路交通系統的狀態空間表達式

x(k+1)＝A_δ(k)x(k)+B_δ(k)w(k),

y(k)＝C_δ(k)x(k)+D_δ(k)w(k),

z(k)＝E_δ(k)x(k)+F_δ(k)w(k),

其中，x(k)＝(x₁(k) x₂(k)…x_i(k)…x_n(k))^T由城市道路交通系統的n個交叉路口車輛數x_i(k)組成；為傳感裝置的測量結果，z(k)為待估計的城市道路通行狀況，為新加入城市道路的車輛和人口攝動輸入；A_δ(k),B_δ(k),C_δ(k),D_δ(k),E_δ(k)和F_δ(k)為由步驟1.1得到的數據所建立的第ρ個子系統的系統矩陣，并且滿足δ(k)為滿足Markov過程的跳變信號，滿足δ(k)∈S，轉移概率為Pr{δ(k+1)＝σ|δ(k)＝ρ}＝π_ρσ,0≤π_ρσ≤1和δ(k)的取值由步驟1.1中得到的數據特性決定，集合S＝{1,2,…,N},N為給定的正整數，當δ(k)＝ρ時，交通系統的矩陣為A_ρ＝A_δ(k),B_ρ＝B_δ(k),C_ρ＝C_δ(k),D_ρ＝D_δ(k),E_ρ＝E_δ(k)和F_ρ＝F_δ(k)，ρ∈S，根據車輛數的非負特性，交通系統的矩陣滿足A_ρ≥0,B_ρ≥0,C_ρ≥0,D_ρ≥0,E_ρ≥0,F_ρ≥0；

步驟2，針對傳感器飽和現象，建立區間不確定形式的傳感器測量輸出架構：

y(k)＝sat(C_ρx(k))+D_ρw(k),

其中，給定一個向量經過sat(·)作用后，可得sat(u_i)＝min{sign(u_i)|u_i|,sign(u_i)}和sat(u)＝(sat(u₁) sat(u₂)…sat(u_s))^T，結合實際過程中傳感器的飽和特性，利用角域條件將飽和函數轉化為區間不確定形式，即：

λ_iu_i≤sat(u_i)≤u_i,0＜λ_i＜1

令Λ＝diag{λ₁ λ₂…λ_s}，y(k)可轉化為：

步驟3，基于1范數，建立線性形式的事件觸發條件，并設計事件觸發濾波器，估計城市道路交通的通行狀況；

步驟4，針對系統運行過程中的系列不確定因素，建立非脆弱濾波器架構，用于增強濾波器魯棒性；設計非脆弱濾波器的架構如下

其中，濾波器攝動矩陣Δ_Aρ,Δ_Bρ,Δ_Eρ和Δ_Fρ為具有上下界的適當維度的增益矩陣滿足

并且，-1≤δ_Aρ≤0,δ_Aρ,δ_Bρ,δ_Eρ,δ_Fρ和為給定的常數，具體取值根據步驟1.1收集的數據得到；為A_fρ的第i行第j列元素，為B_fρ的第i行第j列元素，為E_fρ的第i行第j列元素，為F_fρ的第i行第j列元素；

步驟5，基于所建立事件觸發架構和非脆弱濾波器架構，設計城市道路交通系統的事件觸發l₁-增益非脆弱濾波器，具體步驟為：

步驟5.1建立城市道路交通系統的增廣系統狀態空間表達式模型，首先，令ψ(k)＝z_f(k)-z(k)，然后，建立相應的增廣系統的狀態空間表達式模型為

其中，

步驟5.2，設擾動輸入w(k)≥0，建立l₁-增益性能指標函數為

其中，γ＞0；

步驟5.3，將非脆弱濾波器的攝動項轉化區間形式，并進一步建立系統的正性條件，所建立攝動項滿足的區間上下界為

取任意令Ψ＝I-β1_s×s,Φ＝I+β1_s×s，設計n維向量φ_ρi≥0,ξ_ρi≥0,s維向量θ_ρi≥0,建立系統的正性條件如下

進一步，將e_y(k)轉化為區間形式

步驟5.4，選取線性Lyapunov函數為

其中，那么，

步驟5.5，設計常數μ＞0,γ＞0，n維向量ξ_ρ≥0，和s維向量θ_ρ≥0,建立系統的隨機穩定性條件為

ξ_ρ≥ξ_ρi,θ_ρ≥θ_ρi,i＝1,2,…,h,

其中，

步驟5.6，在滿足所建立的正性條件和隨機穩定性條件的前提下，進行γ最小化優化，得到城市道路交通系統的上界系統為

其中，

那么，

根據步驟5.5可得

對上式兩邊取期望運算可知

再次根據步驟5.5，可得

步驟5.7，得所設計的事件觸發l₁-增益非脆弱濾波器為