[发明专利]一种非线性网络化系统的非脆弱量化耗散滤波方法

说明书

本发明提供了一种非线性网络化系统的非脆弱量化耗散滤波方法，属于非线性网络化系统的耗散滤波领域。该方法在考虑网络化系统存在时延、丢包和量化误差情况下，首先建立增广系统模型；再设计滤波器参数存在摄动的情况下的非脆弱量化耗散滤波器；构造Lyapunov函数，利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式分析方法，得到滤波误差系统随机稳定和非脆弱量化耗散滤波器存在的充分条件；利用Matlab LMI工具箱进行求解，给出非脆弱耗散滤波器参数矩阵为本发明考虑了传感器‑滤波器之间的时延、丢包和量化误差情况，量化器采用对数量化器，降低了非脆弱量化耗散滤波器设计的保守性。

技术领域

本发明属于非线性网络化系统的耗散滤波领域，涉及存在时延、丢包、量化以及滤波器存在参数摄动情况下，一种非线性网络化系统的非脆弱量化耗散滤波方法。

背景技术

通过通信网络形成的闭环控制系统称为网络化控制系统(networked controlsystems，简记NCSs)，NCSs具有安装维护方便、灵活性高和易于重构等优点。然而，通信网络的引入导致了系统存在以下问题：1)网络时延：数据在通信网络传输时因为网络堵塞或者外界干扰等原因，使得网络化控制系统中存在网络时延问题；2)丢包：数据传输过程中因为网络堵塞和资源竞争等原因会引起数据包丢失的问题。3)量化误差：采用量化器降低网络传输负载的同时会产生量化误差的问题。同时外界的不确定因素可能会导致系统性能降低甚至失稳。因此，使NCSs具有容错能力并保持较好的抗干扰性能具有十分重要的理论意义和实践价值。

针对NCSs中存在的时延、丢包以及量化误差问题，很多学者和专家都做了大量研究。马跃进等在论文《不确定时滞离散非线性系统的鲁棒耗散滤波》中，研究了时延对系统稳定性和耗散性能的影响。林琼斌等在《具有多数据丢包非线性系统的耗散模糊滤波》中，研究了丢包对系统稳定性和耗散性能的影响，张鹏等在论文《线性不确定时滞系统的鲁棒耗散滤波器》中，研究系统参数不确定性以及时延对系统的稳定性和耗散性能的影响。上述滤波方面的研究仅仅考虑到了时延或者丢包或者量化误差，并没有考虑到滤波器自身参数受到外界干扰也会产生一些变化，然而在实际的情况下时延、丢包和量化是同时存在的，并且滤波器自身参数也是会受到干扰变化的，所以采用非脆弱滤波显得十分重要，它能使系统迅速稳定，扰动抑制水平更佳，滤波估计效果更好。

发明内容

针对上述技术存在的问题，本发明提供了一种非线性网络化系统的非脆弱量化耗散滤波方法。考虑到网络化系统在存在时延、丢包、量化以及滤波器存在参数摄动情况下，设计了非脆弱耗散滤波器，使得非线性网络化系统在上述情况下仍能保持随机稳定，并且严格耗散。

本发明的技术方案：

一种非线性网络化系统的非脆弱量化耗散滤波方法，包括以下步骤：

1)建立非线性离散系统模型：

其中：x(k)∈Rⁿ为系统的状态向量，z(k)∈R^q为系统的被估计信号向量，y(k)∈R^P为系统的测量输出向量，w(k)∈R^m为系统的外部干扰信号向量；w(k)∈l₂[0,∞)，A∈R^n×n、B∈R^n×m、C∈R^n×n、D∈R^n×m、L₁∈R^q×n、L₂∈R^q×m为系统的常数矩阵；f(k,x(k))∈Rⁿ为满足Lipschitz(利普希茨连续条件)条件非线性向量项，||f(k,x(k))||≤||W₂x(k)||，W₂∈R^n×n为常数矩阵；

2)建立网络化系统存在时延、丢包和量化误差情况下的增广系统模型：