含有关联有色噪声和未知参数的连续时间分数阶系统卡尔曼滤波器设计

发布时间：2021-01-29 06:41

　　由于实际工业控制系统一般都采用计算机实现信息采集,因此利用含有噪声的输入和输出信息对系统进行状态估计和参数辨识是分析系统安全运行的前提和保障.即使采样信号中需要的状态信息能够直接测量,但是由于噪声的干扰,仍然需要设计观测器以获得有效的状态估计信息.因此,本文主要研究分数阶卡尔曼滤波器的设计方法,解决含有相互关联的分数阶有色噪声和未知参数的连续时间线性及非线性分数阶系统的状态估计和参数辨识问题,并完成以下几个方面的工作:（1）针对含有相互关联的分数阶有色噪声的连续时间线性分数阶系统,设计分数阶卡尔曼滤波器实现分数阶系统的状态估计.通过Tustin生成函数法,将分数阶系统的微分方程离散化为差分方程.利用增广向量法,建立由分数阶系统状态方程和噪声方程构造的增广状态方程,解决有色噪声问题.设计基于Tustin生成函数的分数阶卡尔曼滤波器,提高分数阶系统的状态估计精度.（2）针对含有相互关联的分数阶有色噪声和未知参数的连续时间非线性分数阶系统,设计扩展分数阶卡尔曼滤波器实现分数阶系统的状态估计和参数辨识.利用一阶泰勒展开公式,将分数阶系统的非线性函数转化为线性函数.利用增广向量法,建立由分数阶系... 

【文章来源】：辽宁大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 分数阶卡尔曼滤波器
        1.2.2 非高斯白噪声下的分数阶卡尔曼滤波器
        1.2.3 关联噪声下的分数阶卡尔曼滤波器
        1.2.4 未知参数下的分数阶卡尔曼滤波器
    1.3 本文主要章节安排
2 预备知识
    2.1 分数阶微积分的定义
    2.2 分数阶卡尔曼滤波器设计原理
        2.2.1 线性分数阶卡尔曼滤波器
        2.2.2 扩展分数阶卡尔曼滤波器
    2.3 Tustin生成函数离散化方法
    2.4 本章小结
3 含有关联有色噪声的线性分数阶系统状态估计
    3.1 有色过程噪声情况下的分数阶卡尔曼滤波器
    3.2 有色测量噪声情况下的分数阶卡尔曼滤波器
    3.3 有色过程噪声和有色测量噪声情况下的分数阶卡尔曼滤波器
    3.4 数值仿真
    3.5 本章小结
4 含有关联有色噪声和未知参数的非线性分数阶系统状态估计和参数辨识
    4.1 未知参数的处理
    4.2 有色过程噪声情况下的扩展分数阶卡尔曼滤波器
    4.3 有色测量噪声情况下的扩展分数阶卡尔曼滤波器
    4.4 有色过程噪声和有色测量噪声情况下的扩展分数阶卡尔曼滤波器
    4.5 数值仿真
    4.6 本章小结
5 含有未知分数阶阶次的线性分数阶系统状态估计和阶次辨识
    5.1 问题描述
    5.2 未知分数阶阶次的处理
    5.3 不考虑初值补偿的自适应扩展分数阶卡尔曼滤波器
    5.4 考虑初值补偿的自适应扩展分数阶卡尔曼滤波器
    5.5 数值仿真
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]含有有色噪声的非线性分数阶系统自适应扩展卡尔曼滤波器[J]. 杨超,高哲,黄晓敏,马瑞诚.  信息与控制. 2019(05)
[2]分数阶系统变阶次状态空间建模及稳定理论[J]. 秦昌茂,齐乃明,朱凯.  控制与决策. 2011(11)
[3]卡尔曼/粒子滤波器在船用组合导航中的应用[J]. 祝雪芬,陈熙源,涂刚毅,李滋刚.  舰船电子工程. 2009(04)
[4]分数阶控制研究综述[J]. 朱呈祥,邹云.  控制与决策. 2009(02)
[5]分数阶导数在地震奇异性分析中的应用[J]. 宋建国,刘垒,李辉,刘励耘.  石油物探. 2009(01)



本文编号：3006452