带多丢包和滞后随机不确定系统的最优线性估计

研究了带多丢包和滞后网络化随机不确定系统的最优线性估计问题. 通过白色乘性噪声来描述系统参数的随机不确定性. 通过一组满足Bernoulli分布的随机变量来描述数据传输过程中发生的丢包和滞后现象. 应用新息分析方法, 设计了线性最小方差意义下的最优线性估值器, 包括滤波器, 预报器和平滑器. 给出了稳态估值器存在的一个充分条件. 仿真例子验证了其有效性.     

具有有限连续丢包网络控制系统的最优线性估值器

本文研究了观测数据和控制输入数据传输具有有限连续丢包的线性离散随机系统的最优估计问题.利用两个满足Bernoulli分布的随机变量来分别描述从传感器到估值器和从控制器到执行器之间的数据丢包现象.通过引入两组新的变量,将原系统转化为一个带有随机参数的系统.利用射影理论,提出了线性最小方差最优线性估值器,包括滤波器、预报器和平滑器.最后研究了稳态线性估值器,并给出了稳态存在的一个充分条件.仿真例子验证了算法的有效性.     

具有随机多丢包的ARMA信号最优线性估计

研究网络环境下具有随机丢包的自回归滑动平均(ARMA)信号的估计问题,其中丢包现象通过一个满足Bernoulli分布的随机变量描述.通过ARMA模型与状态空间模型的转化,将具有丢包的ARMA信号估计问题转化为具有丢包的状态空间模型的状态和白噪声估计问题.利用射影理论分别给出线性最小方差最优线性状态估值器和白噪声估值器,进而获得ARMA信号估值器.仿真结果表明,当存在数据丢失时,所提出的算法与以往基于完整数据的最优估计算法相比具有最优性和有效性.     

具有传感器增益退化、随机时延和丢包的分布式融合估计器

研究了具有传感器增益退化、模型不确定性、数据传输时延和丢包的网络化多传感器分布式融合估计问题,模型的不确定性描述为系统矩阵受到随机扰动,传感器增益退化现象通过统计特性已知的随机变量来描述,随机时延和丢包现象存在于局部最优状态估计向融合中心传输的过程中.首先,设计了一种局部最优无偏估计器,然后将传输时延描述为随机过程,并在融合中心端建立符合存储规则的时延-丢包模型,利用最优线性无偏估计方法,导出最小方差意义下的分布式融合估计器.最后,通过算例仿真证明所设计融合估计器的有效性.     

具有数据包丢失的离散随机不确定系统的线性最优满阶估值器

研究了具有数据包丢失和随机不确定性离散随机线性系统的状态估计问题.其中数据包丢失是随机的,且满足Bernoulli分布,系统矩阵中的随机不确定性由一个白色乘性噪声来描述.首先,通过配方方法,提出了最小均方意义下的无偏最优线性递推满阶滤波器.所提出的滤波器用到了当前时刻和最近时刻接收到的观测来保证线性最优性.与多项式滤波和增广滤波器相比,本文的滤波器具有较小的计算负担.然后,基于所获得的线性滤波器推导了线性最优预报器和平滑器.进一步研究了线性最优估值器的渐近稳定性,给出了稳态特性存在的一个充分条件.最后,通过两个仿真例子验证了所提估计算法的优越性.     

带有随机丢包的最优控制中Riccati方程解存在的条件

讨论了带有随机丢包的最优控制. 在传感器网络中，控制器与被控对象通过不可靠无线网络通信，因此代数Riccati方程由于通信链路的随机丢包产生了新的参数. 证明了当丢包率大于一临界值时，此Riccati 方程的解不存在. 通过解线性矩阵不等式，得到了这一临界值.     

基于有损网络的任意关联系统的分散控制

研究当子系统之间的通讯网络的信息传输存在随机丢包时, 在任意拓扑结构关联系统中的控制问题. 将网络通信状态的随机变量视为一种模型不确定性, 系统建模为关于确定性标称系统和一个随机模型不确定性的线性分式变换. 然后基于鲁棒控制理论对系统进行分析, 通过求解μ综合问题得到整个关联系统保持均方稳定所能容忍的最大丢包概率. 基于线性矩阵不等式设计了分散状态反馈控制器, 使得整个关联系统在某一给定的丢包概率下均方稳定. 最后通过一个例子验证该模型及算法的有效性.     

基于线性编码的随机时延和丢包下的状态估计

关于具有数据随机传输时延和丢包的网络化状态估计问题,针对多个测量数据包同时到达远程处理中心的情况,为减轻计算负担,提出了一种线性编码方法对多个测量值进行线性重组进而用以推导估计器,并给出估计器稳定的充分条件.在最小方差原则下通过改变编码参数组合来改变估计器精度,通过算例仿真验证所提估计器的有效性.结果表明,上述估计器能...     

带有随机丢包的空间关联系统的控制

研究当子系统之间信息传输存在随机丢包时空间关联系统的分析和设计问题. 通过引入空间移动算子和时间前向移动算子, 将关联系统建模为具有Markovian跳变参数的关于离散时间和空间变量的多维线性系统, 其中以Markovian跳变参数反映通信信道的状态, 得到整个关联系统在某一给定丢包率下适定且均方稳定的解析条件. 提出一种分布式动态输出反馈控制器的设计方法, 该控制器和被控对象具有相同的空间关联结构, 并基于线性矩阵不等式方法求解. 最后通过一个具有通信丢包影响的多机编队控制系统实例进一步阐明该模型及方法的正确性和有效性.     

具有一步随机时滞和多丢包的网络系统H∞滤波器设计

在网络系统中由于连接传感器和滤波器的网络带宽有限,系统测量数据在传输中会出现随机时延甚至丢失. 本文讨论了具有一步随机时延和丢包的网络系统的H∞滤波器设计问题.基于新近提出的同时描述随机时延和丢包的模型,利用线性矩阵不等式方法设计线性滤波器,使得滤波误差系统均方指数稳定,并具有给定的H∞性能. 滤波器参数通过求解一个线性矩阵不等式得到.仿真研究说明了所提出算法的有效性.     

Optimal linear estimators for systems with multiple random measurement delays and packet dropouts

This article is concerned with the optimal linear estimation problem for linear discrete-time stochastic systems with possible multiple random measurement delays and packet dropouts, where the largest random delay is limited within a known bound and packet dropouts can be infinite. A new model is constructed to describe the phenomena of multiple random delays and packet dropouts by employing some random variables of Bernoulli distribution. By state augmentation, the system with random delays and packet dropouts is transferred to a system with random parameters. Based on the new model, the least mean square optimal linear estimators including filter, predictor and smoother are easily obtained via an innovation analysis approach. The estimators are recursively computed in terms of the solutions of a Riccati difference equation and a Lyapunov difference equation. A sufficient condition for the existence of the steady-state estimators is given. An example shows the effectiveness of the proposed algorithms.     

Optimal linear estimation for systems with multiple packet dropouts

This paper is concerned with the optimal linear estimation problem for linear discrete-time stochastic systems with multiple packet dropouts. Based on a packet dropout model, the optimal linear estimators including filter, predictor and smoother are developed via an innovation analysis approach. The estimators are computed recursively in terms of the solution of a Riccati difference equation of dimension equal to the order of the system state plus that of the measurement output. The steady-state estimators are also investigated. A sufficient condition for the convergence of the optimal linear estimators is given. Simulation results show the effectiveness of the proposed optimal linear estimators.     

Optimal full-Order filtering for discrete-time systems with random measurement delays and multiple packet dropouts

This paper is concerned with the estimation problem for discrete-time stochastic linear systems with possible single unit delay and multiple packet dropouts. Based on a proposed uncertain model in data transmission, an optimal full-order filter for the state of the system is presented, which is shown to be of the form of employing the received outputs at the current and last time instants. The solution to the optimal filter is given in terms of a Riccati difference equation governed by two binary random variables. The optimal filter is reduced to the standard Kalman filter when there are no random delays and packet dropouts. The steady-state filter is also investigated. A sufficient condition for the existence of the steady-state filter is given. The asymptotic stability of the optimal filter is analyzed.     

具有随机丢包的网络控制系统的镇定

研究具有随机丢包的网络控制系统(NCS)的镇定问题.同时考虑传感器节点到控制器节点(S/C)和控制器节点到执行器节点(C/A)的随机丢包,并分别对这两种丢包现象建模.基于Lyapunov稳定性理论,得到闭环系统全局均方渐近稳定的充分条件.进一步利用线性矩阵不等式(LMI)方法,得到状态反馈控制律的增益矩阵.数值仿真算例验证了所得结果的有效性.     

具有数据包丢失及转移概率部分未知的网络控制系统H∞控制

研究一类具有数据包丢失及状态转移概率部分未知的网络控制系统随机稳定性及H∞控制问题．传感器与控制器之间、控制器与执行器之间存在数据包丢失的网络控制系统被建模成具有4个子系统的跳变系统,4个子系统之间的跳变遵行Markov跳变过程,并具有部分未知的跳变概率．利用Lyapunov稳定性定理及线性矩阵不等式的求解方法得到该类系统随机稳定的充分条件,并给出了相应的∞状态反馈控制器的设计方法．数值仿真结果验证了本文方法的正确性和有效性．     

Predictive control for networked systems affected by correlated packet loss

In this paper, we consider the predictive control problem of designing receding horizon controllers for networked linear systems subject to random packet loss in the controller to actuator link. The packet dropouts are temporarily correlated in the sense that they obey a Markovian transition model. Our design task is to solve the optimal controller that minimizes a given receding horizon cost function, using the available packet loss history. Due to the correlated nature of the packet loss, standard linear quadratic regulator methods do not apply. We first present the optimal control law by considering the correlations. This controller turns out to depend on the packet loss history and would typically require a large lookup table for implementation when the Markovian order is high. To address this issue, we present and compare several suboptimal design approaches to reduce the number of control laws.     

Stochastic optimal control of networked control systems with control packet dropouts

This paper considers the stochastic optimal control problem for networked control systems(NCSs)with control packet dropouts.The proportional plus up to the third-order derivative(PD3)compensation strategy is adopted to compensate for control packet dropouts at the actuator by using the past control packets stored in the buffer.Based on the strategy,a new NCS structure model with packet dropouts is provided,where the packet dropout is assumed to obey the Bernoulli random binary distribution.In terms of the given model,the stochastic optimal control law is proposed. Numerical examples illustrate the effectiveness of the results.