基于隨機采樣的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問題研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸媒介的控制系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)基于點對點通信的控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，如布線成本低，安裝方便以及系統(tǒng)擴展性強等。目前，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)已經(jīng)成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點之一。然而有限的帶寬資源使得信息傳輸不可避免地存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟失和量化誤差等一系列問題。
　　在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中，所有的信息必須經(jīng)過采樣才能發(fā)送到控制器端，而采用均勻的采樣周期無法使得系統(tǒng)性能達到最優(yōu)。由于網(wǎng)絡(luò)的不可

2、預(yù)知性，基于隨機采樣策略的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)分析與設(shè)計問題受到了研究的關(guān)注。目前已有一些研究成果，但仍存在不少極具挑戰(zhàn)性的問題有待解決:首先，現(xiàn)有方法引入隨機二進制序列描述采樣周期的切換過程，結(jié)論不易推廣到一般情況;其次，現(xiàn)有研究采用輸入時滯方法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，復(fù)雜的處理過程使其難以綜合考慮網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在的網(wǎng)絡(luò)時延、丟包和量化等其他問題;最后，現(xiàn)有研究結(jié)果并未考慮丟包率、量化密度等特征參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系。
　　另一方面，

3、狀態(tài)估計在控制系統(tǒng)的設(shè)計中極為重要。Kalman濾波是狀態(tài)估計的重要方法，但該方法要求被估計對象具有精確的數(shù)學(xué)模型并且噪聲輸入為嚴格的高斯分布。而實際系統(tǒng)中往往具有許多不確定性因素，為此，H∞濾波引起了人們的關(guān)注。基于上述討論，本文主要研究具有隨機采樣特性的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問題，具體研究問題如下。
　　1、研究了一類具有隨機采樣、量化和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問題。采用馬爾可夫鏈描述傳感器的隨機采樣過程，將量化誤差和數(shù)據(jù)包

4、丟失所造成的影響轉(zhuǎn)化為濾波系統(tǒng)的參數(shù)不確定性。基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論和隨機系統(tǒng)分析方法，導(dǎo)出了濾波系統(tǒng)隨機穩(wěn)定且滿足期望噪聲抑制率的充分條件，并給出了濾波器的具體設(shè)計方法。
　　2、考慮了一類具有能耗約束的無線網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)H∞濾波問題。引入非等間隔的隨機采樣、量測信息降維、隨機傳輸協(xié)議等節(jié)能策略以降低傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送量，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。將能耗約束下的無線網(wǎng)絡(luò)化濾波系統(tǒng)建模成一個馬爾科夫切換不確定性系統(tǒng)，并基于隨機切換系統(tǒng)分析方

5、法，得出了濾波系統(tǒng)均方指數(shù)穩(wěn)定且具有期望噪聲抑制率的充分條件，同時，給出了對應(yīng)濾波器參數(shù)的求解方法。
　　3、討論了一類基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式H∞濾波問題。系統(tǒng)的量測信息經(jīng)由一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在隨機時刻采集，同時考慮了傳感器網(wǎng)絡(luò)中的隨機量測信息丟失和量化問題。為處理該濾波問題，提出一類分布式濾波策略?；诶钛牌罩Z夫穩(wěn)定性理論和隨機系統(tǒng)分析方法，推導(dǎo)出了增廣濾波系統(tǒng)隨機穩(wěn)定且具有期望噪聲抑制率的充分條件，并介紹了分布式濾波器的設(shè)