[发明专利]一种基于全信息滤波技术的时变系统递推状态估计方法

说明书

本发明公开了一种基于全信息滤波技术的时变系统递推状态估计方法，该方法包括：系统状态空间模型建立，并在其中引入轮询调度下信号传输规律；根据调度规律建立对应的信号传输和接收侧更新模型；然后，基于全信息构造对应的成本函数，并通过递推计算得到关键变量的值，所述全信息是指初始时刻到当前时刻收集到的所有测量信号；基于得到的关键变量，可以直接计算得到对应全信息递推状态估计器的估计值。本方法由于采用了全信息作为估计器的信息基础，估计效果较好，且由于关键变量采用递推计算的方式，保证了算法的可执行性和运算效率。

技术领域

本发明属于状态估计技术领域，尤其是涉及一种基于全信息滤波技术的时变系统递推状态估计方法。

背景技术

状态估计是控制理论的基本研究课题之一，尤其时变系统的递推状态估计在工业领域得到了广泛的应用。状态估计的基本思想是根据收到的系统输出信号，构造出对系统内部状态的估计值。不言而喻，状态估计技术在工业生产中起着重要的作用，并且许多研究及生产实践证明，状态估计技术具有重要的现实意义。

在实际工业应用中，系统中的信息交互大多基于通信网络实现。基于网络的通信方式拥有许多有点，包括低成本、易维护、高可靠性等。然而，网络化通信也带来了一些新问题，其中最为重要的问题称为数据冲突，即同一时间多个通讯端同时发起通信任务，使得发送的数据产生冲突，影响通信过程可靠性。为解决这一问题，网络化通信通常按照一定的调度规则来安排通信过程，轮询调度为工业中应用广泛的方式之一。

另一方面，由于状态估计技术是基于得到的系统输出信号而开发的，理论上说，使用更多的系统输出信号将会提高状态估计的精度。全信息技术就是将从初始时刻到当前时刻所有的输出信号均用来做状态估计。显然，基于全信息技术的状态估计方法能有效的改进估计性能。

基于上述情况，为满足实际工业应用需求，亟需一种基于全信息技术解决一类轮询调度下的时变系统的状态估计方法，即针对轮询调度下时变系统开发一类递推全信息状态估计方法，用于实时检测工业系统的运行状态并为系统控制提供基础。

发明内容

本发明为解决现有递推状态估计无法处理轮询调度下的时变系统，且基于局部信息无法得到精准的状态估计值的问题，提出了一种基于全信息滤波技术的时变系统递推状态估计方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：该方法具体步骤包括：

步骤S101，系统状态空间模型建立：

建立时变系统的状态空间模型

式中，为k时刻时变系统的状态变量，为k时刻传感器测量输出信号，和分别为过程噪声和测量噪声，、、均为系统时变矩阵。

步骤S102，建立轮询调度下信号传输模型：

设系统共有M个传感器节点，则可根据传感器节点分布将测量信号表示为以下形式：，其中表示第i个传感器节点在k时刻的测量输出信号。在轮询调度下，k时刻获得通信权限的传感器节点为。令估计器接收侧收到的测量输出信号为。在轮询调度规则下，接收侧信号更新规则为：

步骤S103，根据接收侧信号，构造成本函数，并递推计算中间变量和：

成本函数表达式如下：

设定成本函数的权重参数及，定义初始变量如下