[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于混合驅(qū)動(dòng)策略的傳染病可靠濾波估計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110897797.X
• 申請(qǐng)日: 2021-08-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113782218A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊鋒;張素?zé)?/a>;付世州;李爍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G16H50/80
• 分類(lèi)號(hào): G16H50/80
• 代理公司: 杭州君度專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.一種基于混合驅(qū)動(dòng)策略的傳染病可靠濾波估計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1、建立基于SEIR型傳染病人群數(shù)量的狀態(tài)空間模型；

步驟2、基于所建立的狀態(tài)空間模型構(gòu)建混合驅(qū)動(dòng)機(jī)制；

步驟3、基于混合驅(qū)動(dòng)機(jī)制，構(gòu)建傳感器的間歇故障機(jī)制；

步驟4、基于混合驅(qū)動(dòng)機(jī)制，在傳感器的間歇故障情境下構(gòu)建隨機(jī)不正確傳感器測(cè)量；

步驟5、基于所建立的混合驅(qū)動(dòng)機(jī)制，設(shè)計(jì)估計(jì)SEIR型傳染病中各類(lèi)人群數(shù)量變化的混雜增益濾波器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合驅(qū)動(dòng)的傳染病的可靠濾波估計(jì)方法，其特征在于所述步驟1具體步驟包括：

步驟1.1，采集SEIR型傳染病中各類(lèi)人群數(shù)量的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)建立傳染病模型的狀態(tài)空間表達(dá)式：

其中，表示n類(lèi)人群在t時(shí)刻傳染病的各類(lèi)人群數(shù)量的變化率；表示n類(lèi)人群在t時(shí)刻傳染病的數(shù)量；代表傳感器測(cè)量輸出數(shù)量；表示待估計(jì)的各類(lèi)人群數(shù)量；為新加入的外來(lái)人群，m表示外在因素?cái)?shù)量；為表達(dá)式的系統(tǒng)矩陣；函數(shù)r(t)為半馬爾科夫跳變過(guò)程也即傳染病模型的跳變信號(hào)，在有限集內(nèi)取值，記r(t)＝i,，A_r(t)＝A_i，B_r(t)＝B_i，C_r(t)＝C_i，D_r(t)＝D_i，E_r(t)＝E_i，F(xiàn)_r(t)＝F_i；

步驟1.2，設(shè)計(jì)半馬爾科夫跳變信號(hào)r(t)，其轉(zhuǎn)移速率滿(mǎn)足以下條件：

其中，轉(zhuǎn)移率表示跳變信號(hào)從模態(tài)i到模態(tài)j，并且

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于混合驅(qū)動(dòng)的傳染病的可靠濾波估計(jì)方法，其特征在于所述步驟2具體構(gòu)建形式如下：

步驟2.1，假設(shè)傳感器的采樣機(jī)制是基于時(shí)間采樣的，則濾波器的輸入信號(hào)為：

步驟2.2，假設(shè)傳感器的采樣機(jī)制是基于事件的，則建立1范數(shù)事件觸發(fā)條件：

其中，采樣誤差滿(mǎn)足是采樣輸出，參數(shù)t_k是事件觸發(fā)瞬間，

進(jìn)一步，在事件觸發(fā)條件下輸入信號(hào)改寫(xiě)為：

步驟2.3，結(jié)合步驟2.1和步驟2.2建立混合驅(qū)動(dòng)機(jī)制為：

其中，隨機(jī)變量α(t)是伯努利分布且服從概率分布：Pr{α(t)＝1}＝E{α(t)}＝α和Pr{α(t)＝0}＝1-E{α(t)}＝1-α，這里α∈[0,1]是一個(gè)已知常數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于混合驅(qū)動(dòng)的傳染病的可靠濾波估計(jì)方法，其特征在于所述步驟3具體構(gòu)建形式如下：

y(t)＝C_r(t)x(t)+Ξ(t)g(t)+D_r(t)ω(t) (7)

其中，表示傳感器故障，中的服從伯努利分布且取值為0或1；另外，給定和且

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于混合驅(qū)動(dòng)的傳染病的可靠濾波估計(jì)方法，其特征在于所述步驟4具體如下：

在混合驅(qū)動(dòng)機(jī)制和隨機(jī)不正確傳感器測(cè)量下，濾波器的真正輸入可改寫(xiě)為：

其中，非線(xiàn)性函數(shù)d(x(t))＝(d₁(x₁(t)),…,d_n(x_n(t)))^T滿(mǎn)足扇形條件：

其中，i＝1，2，…,n，且d_i(0)＝0；另外，伯努利變量σ(t)的引入是描述傳感器不正確測(cè)量的隨機(jī)性，獨(dú)立于變量α(t)和

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于混合驅(qū)動(dòng)的傳染病的可靠濾波估計(jì)方法，其特征在于所述步驟5具體構(gòu)建如下：

步驟5.1，設(shè)計(jì)濾波器架構(gòu)：

其中，是濾波器狀態(tài)的變化率；是濾波器狀態(tài)；是濾波器輸出；是濾波器的真正輸入，以及F_i^f是需要求解的濾波器增益矩陣；

步驟5.2，設(shè)計(jì)基于混合驅(qū)動(dòng)濾波器：

其中，Λ＝1-σ(t)，σ為σ(t)的期望值；

步驟5.3，基于步驟5.2和前面所述步驟，令設(shè)計(jì)增廣系統(tǒng)狀態(tài)空間模型：

其中，

步驟5.4，設(shè)以及建立混雜增益性能指標(biāo)函數(shù)：

其中，γ₀＞0，γ₁＞0；

步驟5.5，假設(shè)以及令設(shè)計(jì)常數(shù)β＞0，n維向量m維向量建立系統(tǒng)的正性條件如下：

進(jìn)一步，可得區(qū)間形式：

其中，1_m×m是所有元素均為1的m×m維矩陣，其他類(lèi)似；

步驟5.6，構(gòu)造一個(gè)線(xiàn)性余正李雅普諾夫函數(shù)：

其中，且進(jìn)一步，得到弱無(wú)窮小算子：

步驟5.7，令給定常數(shù)0＜ε₁＜ε₂和設(shè)計(jì)常數(shù)μ＞0，γ₀＞0,γ₁＞0，n維向量m維向量建立系統(tǒng)的隨機(jī)穩(wěn)定性條件：

步驟5.8，基于所建立的正性條件和隨機(jī)穩(wěn)定性條件下，進(jìn)行混合增益性能指標(biāo)γ₀和γ₁的優(yōu)化，其增廣系統(tǒng)的上界系統(tǒng)：

其中，

首先，當(dāng)ω(t)≠0和Ξ(t)≡0時(shí)，根據(jù)步驟5.6可得：

對(duì)步驟5.4中式子兩邊取期望運(yùn)算可得：

再根據(jù)步驟5.7可得：

其次，當(dāng)ω(t)＝0和Ξ(t)≠0時(shí)，根據(jù)步驟5.6可得：

對(duì)步驟5.4中式子的兩邊取期望運(yùn)算可得：

再根據(jù)步驟5.7可得：

最后，當(dāng)ω(t)≠0和Ξ(t)≠0時(shí)，根據(jù)步驟5.6可得：

對(duì)步驟5.4中式子的兩邊取期望運(yùn)算可得：

再根據(jù)步驟5.7可得：

步驟5.9，可得所設(shè)計(jì)的基于混雜增益的混合驅(qū)動(dòng)可靠濾波器：