[发明专利]一种具有冗余时滞通道非线性系统的模糊比例-积分状态估计方法

说明书

本发明公开了一种具有冗余时滞通道非线性系统的模糊比例‑积分状态估计方法，该方法用于解决一类冗余时滞通道影响下非线性系统的状态估计问题，具体包括以下步骤：基于Takagi‑Sugeno模糊建模技术的系统状态空间模型建立；考虑时滞现象的冗余通道传输模型建立；基于可获得的测量输出构造模糊比例‑积分滤波器；然后，构造性能指标辅助函数，根据辅助函数通过求解线性矩阵不等式得到滤波器增益的值；最后基于得到的滤波器增益，计算得到模糊比例‑积分滤波器的估计值。本发明结合了模糊状态估计和比例积分状态估计两种技术，估计效果好，且由于关键变量采用求解矩阵不等式的方法，保证了算法的易执行性。

技术领域

本发明涉及一种具有冗余时滞通道非线性系统的模糊比例-积分状态估计方法。

背景技术

状态估计是控制理论的基本研究问题之一，在实际工程中有着重要意义。状态估计的基本思想是利用获得的输出信息，采取合适的滤波算法，在给定的性能指标下，得到系统真实状态的估计值。从过去几十年以来，为了满足不同的工业需求，人们提出了许多滤波算法来实现状态估计，并且在实践中取得了满意的效果。非线性现象在生活中广泛存在，几乎所有的实际系统都呈现出非线性特征，对于非线性系统的状态估计具有重要的实际意义。

在众多针对非线性系统的滤波算法中，模糊滤波被证明是非常有效的一种状态估计方法，这主要得益于模糊集合、模糊系统特有的优势，比如更大程度地引入了人类知识、模型简洁、物理含义明确、易于实施等。另一方面，由于在滤波算法中引入积分项能够消除稳态误差、提高滤波器鲁棒性，因此，应用比例-积分滤波算法通常会带来更好的估计效果。

在现代化的工业生产中，系统中各元件之间的信息交互通常由通信网络来完成。通信网络的使用会带来很多优势，比如降低了成本、易于维护、传输灵活等。然而实际中通信网络的带宽是有限的，当大量的数据同时在网络中传输时，容易造成数据拥堵，继而带来一系列不利影响，比如传输时滞、数据包丢失等，这些现象的产生会极大影响滤波效果。

为了尽量减少数据拥堵造成的不利影响，相关技术人员提出了很多策略来规划数据传输，其中，采用冗余通道是较为有效的一种方法。在冗余通道机制下，多个通道共同用于数据传输，可以提高数据传输的可靠性，进而进一步提高状态估计的效果。然而，现有的针对非线性系统的众多滤波算法中，大都是针对单一通道下非线性系统的状态估计问题，因而无法处理冗余时滞通道影响下非线性系统的状态估计问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有冗余时滞通道非线性系统的模糊比例-积分状态估计方法，以解决现有滤波方法无法处理冗余时滞通道影响下非线性系统的状态估计问题。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种具有冗余时滞通道非线性系统的模糊比例-积分状态估计方法，包括如下步骤：

S1.基于T-S模糊建模技术建立系统状态空间模型，如公式(1)所示：

其中，x(k)表示k时刻非线性系统的状态变量，x(k)为n_x维列向量；

y(k)表示k时刻非线性系统的测量输出信号，y(k)为n_y维列向量；

z(k)表示k时刻的待估计信号，z(k)为n_z维列向量；

ω(k)表示能量有界的噪声，ω(k)为n_ω维列向量；n_x、n_y、n_z、n_ω表示已知的正整数；

r表示模糊规则总数；

θ(k)表示由能够检测的状态或测量输出组成的向量；μ_i(θ(k))为模糊系统的隶属度函数，表示第i个模糊模态在k时刻所占整个非线性系统的权重；