[發明專利]一種基于事件觸發機制的流量管理系統異步濾波估計方法

有效

• 申請號: 202110621185.8
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113380073B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 鄧宣金;張俊鋒;孫振洋
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G08G5/06;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于事件觸發機制的流量管理系統異步濾波估計方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1，收集各城市機場的飛機通勤流量和人流量數據，建立航空港流量管理系統的狀態空間模型；

步驟1.1，記錄單位時間內流入流出各城市航空港的飛機數和人口數，進而得到各航空港的飛機流量平衡方程為

其中，v_i(k)為某一城市航空港的從第i個城市港口的第k時刻的飛機數量，△t為單位時間間隔，為第k時刻從第j個城市港口流入到第i個城市港口的飛機數，為第k時刻從第i個城市港口流出到第h個城市港口的飛機數；

步驟1.2，根據步驟1.1所得到的數據建立航空港流量管理系統的狀態空間表達式

x(k+1)＝A_r(k)x(k)+B_r(k)w(k),

y(k)＝C_r(k)x(k)+D_r(k)w(k),

z(k)＝E_r(k)x(k)+F_r(k)w(k),

其中，x(k)＝(x₁(k) x₂(k) … x_i(k) … x_n(k))^T由航空港流量管理系統的n個城市港口的航空流量x_i(k)組成；為攝像頭和雷達傳感器的測量結果，為待估計的航空港流量管理系統運行狀況；為新加入各城市機場的飛機與人口數、天氣因素的攝動輸入；A_r(k),B_r(k),C_r(k),D_r(k),E_r(k)和F_r(k)為由步驟1.1得到的數據所建立的第r(k)個子系統的系統矩陣，并且滿足r(k)為滿足Markov過程的跳變信號r(k)＝i∈S₁，轉移概率為Pr{r(k+1)＝j|r(k)＝i}＝π_ij,0≤π_ij≤1,j∈S₁和r(k)的取值由步驟1.1中得到的數據特性決定，集合S₁＝{1,2,…,N},N為給定的正整數；

步驟2，基于1范數方法，建立一種具有加權的線性事件觸發條件，減少中央處理器的計算負擔，減低系統的設計和開發成本；

定義是一個分段函數，其值僅在事件觸發時更新，之后保持不變直到下一次事件觸發產生；

記ε＝(ε₁ ε₂ … ε_h)^T,Λ＝diag{ε₁,ε₂,…,ε_h}

這里的ε是給定的一個已知向量且元素均大于0；基于1范數，建立一種可用線性規劃轉化的事件觸發條件為

||Λy_e(k)||₁β||Λy(k)||₁,

其中，β為一個給定的常數且滿足0β1；

步驟3，針對因傳感器和物理器件的異步現象，建立一種可以準確刻畫這種異步現象的濾波器系統模型；

所述的一種具有加權的線性事件觸發條件，結合隱Markov模型建立事件觸發異步濾波器系統為

其中，為濾波器的狀態變量；為濾波器的有效輸入；濾波器系統矩陣A_fδ(k),B_fδ(k),E_fδ(k)和F_fδ(k)為將被設計的適當維度的濾波器增益矩陣；δ(k)＝ρ∈S₂＝{1,2,…,M}，并且滿足Pr{δ(k)＝ρ|r(k)＝i}＝λ_iρ,0≤λ_iρ≤1,i∈S₁,ρ∈S₂和

步驟4，建立l₁-增益指標函數，評估系統對外部干擾因素對航空港流量管理系統的干擾能力；

設擾動輸入w(k)≥0，建立l₁-增益指標為

其中，e(k)＝z_f(k)-z(k)且γ0；此外，為了便于濾波器的設計與分析，對轉移概率矩陣[π_ij]_N×N進行下列運算：

得到序列矩陣

步驟5，基于所建立的事件觸發架構和性能指標函數，設計事件觸發異步濾波器架構；

步驟5.1，建立航空港流量管理系統的增廣系統狀態空間表達式模型：令e(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，

為了便于后面的分析與設計，當r(k)＝i和δ(k)＝ρ時，記原系統矩陣A_i＝A_r(k)，B_i＝B_r(k)，C_i＝C_r(k)，D_i＝D_r(k)，E_i＝E_r(k)，F_i＝F_r(k)；記所設計的濾波器矩陣A_fρ＝A_fδ(k)，B_fρ＝B_fδ(k)，E_fρ＝E_fδ(k)，F_fρ＝F_fδ(k)；

步驟5.2，取任意的設計n維向量θ_ρl≥0，h維度向量φ_ρl≥0，ψ_ρl≥0，滿足增廣系統的下列正性條件：

進一步，將因事件觸發條件產生的誤差項y_e(k)轉化為區間形式

-Λ^-11_h∈^Ty(k)≤y_e(k)≤Λ^-11_h∈^Ty(k)；

步驟5.3，選取隨機線性余正Lyapunov函數為

其中，v⁽ⁱ⁾0，

那么，

步驟5.4，設計常數τ0和γ0，設計n維向量θ_ρ≥0，h維度向量φ_ρ≥0，ψ_ρ≥0滿足下列隨機穩定性條件：

θ_ρl≤θ_ρ,φ_ρl≤φ_ρ,l＝1,2,…,g,

步驟5.5，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，得到上界系統為：

其中，

則有，

對上式分部分求期望運算：

和

再次利用步驟5.4中的隨機穩定性條件可得，

步驟5.6，得到所實際的事件觸發l₁-增益異步濾波器架構為

。