[发明专利]一种时延不确定系统的有限时间远程安全状态估计方法

说明书

本发明公开了一种时延不确定系统的有限时间远程安全状态估计方法，包括：建立受控系统状态空间模型；建立状态估计器系统模型和计算中心，开展状态估计任务；建立扩展状态估计系统的扩展状态估计模型；通过能量函数结合有界判定辅助方程，给出有限时间远程安全状态估计器的存在条件；通过给定系统参数、初始化参数、不等式组求解、修改初始化参数等步骤设计状态估计器算法，生成远程安全状态估计策略，实现对时延不确定系统的有限时间远程安全状态估计。本发明能确保时延不确定系统基于远程传输数据的鲁棒有限时间安全状态估计，实现具有网络攻击的远程数据传输模式下状态估计的时效性和可靠性。

技术领域

本发明属于具有时延和模型不确定系统的控制领域，具体涉及一种时延不确定系统的有限时间远程安全状态估计方法。

背景技术

系统状态是理解系统内部动态、实现关键控制任务(如定位、跟踪、同步)的重要参量。然而，在量测技术或成本投入等客观条件的限制下，直接获取受控系统的状态并非易事。因此，如何对未知系统状态进行有效的估计一直以来都是控制领域中的一个热点问题。

在开展状态估计的过程中，主要的挑战来自两个方面：一方面是受控系统模型的准确性，在实际系统中，电子元器件自身的非线性、信号传输的滞后性、外部未知干扰破坏性都对构建一个合理真实的受控系统模型带来了极大的困难。另一方面是状态估计所需量测信息的有效性，状态估计本质上是从传感器获取的量测信息中过滤出系统状态的过程，从这一内在机理不难看出，量测信息的有效性将直接关系到状态估计结果的可信度。随着计算机和通讯技术的不断发展，基于网络的数据传输模式因其低成本、易维护、灵活性强等优势逐渐取代传统的有线通信模式，并在包括信号处理、自动控制领域受到了越来越多的关注。需要指出的是，网络传输模式在给自动控制的实现带来众多便利的同时，也引发了一系列新的技术难题，其中就包括时下热门的网络攻击问题。通过网络攻击的方式，恶意攻击者将不再直接对目标系统进行破坏，而是从目标系统正常运行所需的关键信息着手，通过采取非法行动阻断信息传播或篡改数据信息，使目标系统因无法接收正常的输入而陷入故障甚至瘫痪，从而达到其不可告人的目的。特别是在分布式设计越来越受青睐的今天，数据采集系统、数据处理系统、控制器/估计器系统往往不在一个区域，彼此之间需要通过远程数据传输实现信息的交换。在远程数据传输过程中，尽管设计者可以采取必要的安全保密措施，但网络攻击方式的多样性和复杂性依然增加了状态估计的难度。前述这两大挑战都对估计性能构成严重威胁，而估计状态的不准确可能导致重大的经济损失乃至危及人身安全。因此，通过构建更加客观实际的受控系统模型，同时尽可能提高量测信息的有效性，是状态估计亟需解决的两大难题。

与此同时，在大量的科技行业如目标跟踪、火箭发射、机器人控制、化学反应釜温度控制等当中，系统状态获取讲求较强的时效性，即要求有限时间内完成估计过程并给出可靠结果。因此，渐近稳定的控制目标在实际系统的运用中具有较大的局限性。与之相对地，有限时间状态估计则显示出了较优的实用性，因为它可以确保设计者在给定的有限时间内得到所需的系统状态，进而及时完成相应的控制任务。

综上所述可知，如何在远程数据传输的工程应用背景下，有效克服时延、模型不确定和网络攻击的不利影响，通过设计有限时间状态估计器给出尽可能准确可靠的估计状态，具有重要的研究价值。

发明内容

发明目的：针对现有技术中远程数据传输的工程应用背景下，具有时延和模型不确定的受控系统在给定时间内的状态估计问题，本发明公开了一种时延不确定系统的有限时间远程安全状态估计方法，提高状态估计器对时延的容许能力，有效降低时延对状态估计性能的破坏，增强状态估计过程对模型不确定和未知外部干扰下的鲁棒性，实现具有网络攻击的远程数据传输模式下状态估计的时效性和可靠性。

技术方案：本发明采用如下技术方案：一种时延不确定系统的有限时间远程安全状态估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立具有时延、非线性动态、模型不确定和未知外部扰动的受控系统状态空间模型；