连续切换系统的滤波问题的研究

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混杂动态系统的概念在近二十年被提出后就引起了自动控制界理论与工程方面研究的极大兴趣和广泛关注,切换系统的发展可以被认为是随着对混杂系统的研究而逐渐开展的。切换混杂系统是理论与工程研究中复杂系统里面典型的一类,连续切换系统是切换系统中对应离散切换系统的一类,连续切换系统的有限个子系统是连续时间动态,在切换信号的作用下不同时间对应不同的模态。滤波问题是一个应用性非常广泛的基本研究问题,滤波问题的本质是对带有噪声测量输入的状态进行估计,是信号与数据处理中的一个重要问题。由于在工程实际中,白噪声干扰比较常见,所以本文研究的展开主要是围绕噪声是白噪声来研究对几种不同连续切换系统的滤波估计问题。文章起始先给出连续切换系统滤波问题研究的背景和意义,并对已有研究现状进行了详细分析。文章主体部分主要由三部分展开:第一部分首先对一般的连续切换系统做卡尔曼滤波器的设计,由离散卡尔曼滤波五步递推算法推广到连续时间切换系统进行卡尔曼滤波器设计,最后给出滤波误差收敛性和滤波稳定性的充分条件,并给出数值仿真实例来证实卡尔曼滤波器设计有效性。第二部分对连续切换系统加入参数不确定性,由于卡尔曼滤波对于参数的局限性,参数变化会导致最优性破坏,所以对带时变参数不确定性的连续切换系统进行方差有界的滤波,给出相关定理及证明来设计一个滤波器,既能够保证滤波误差动态系统稳定性,并且能够保证滤波误差方差有一个上界,最后给出一个数值算例来证实设计的有效性。第三部分考虑随机因素,将随机系统结合切换系统来考虑,分析切换随机系统的H2滤波问题,首先分析了连续切换随机系统的稳定性,然后基于稳定性分析基础上,给出相关定理完成满足H2性能指标的滤波器设计,最后滤波器参数的计算是基于LMIs来推导给出,同样给出数值计算的实例以及滤波结果的仿真来证实设计的正确性和有效性。所有研究系统的稳定性分析都是基于平均驻留时间然后联合分段区间的Lyapunov函数来分析,该方法保守性小且给出的都是系统的指数稳定性的分析结果。
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