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未知模型参数下基于Q学习的卡尔曼状态估计算法
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作者 杨雯莹 栾小丽 刘飞 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第6期335-343,共9页
高精度的卡尔曼状态估计算法要求模型参数及噪声统计特性精确已知,否则将导致估计性能显著下降,甚至滤波发散。针对这一局限性,在模型参数及噪声统计特性未知情况下,提出一种边学习边估计的卡尔曼状态估计算法。算法采用Q学习策略迭代... 高精度的卡尔曼状态估计算法要求模型参数及噪声统计特性精确已知,否则将导致估计性能显著下降,甚至滤波发散。针对这一局限性,在模型参数及噪声统计特性未知情况下,提出一种边学习边估计的卡尔曼状态估计算法。算法采用Q学习策略迭代方法来解决模型信息未知的问题,分为策略改进和策略评估两个部分。在策略改进阶段,首先定义一个可评价状态估计值的状态动作价值函数,即Q函数,并进行公式变换,使估计值仅依赖观测值而不依赖模型参数;然后通过Q函数推导出获取系统状态估计值的估计策略。在策略评估阶段,首先利用递推最小二乘法辨识Q函数的信息矩阵;然后基于辨识到的信息矩阵,遵循求得的估计策略,执行相应动作,更新状态变量的估计值;最后将所提算法应用于估计二态多项式系统的状态与四联水箱系统的水位,以此来验证算法的有效性与可行性,并将所提算法与联合估计算法进行对比。仿真结果表明,相较于联合估计算法,当系统噪声为高斯噪声时,所提算法针对两种系统状态的平均均方根误差分别降低了34.66%与79.93%,估计精度更高,面对参数的不确定性表现出更强的鲁棒性;当系统噪声为非高斯噪声时,所提算法的估计精度与联合估计算法相近。此外,在高斯噪声、非高斯噪声二态多项式系统与四联水箱系统的实验中,算法运行时间相较于联合估计算法分别降低了44.38%、45.03%与47.78%,有效提高了算法的实时性。本文提出的估计算法能够为卡尔曼状态估计算法在实际工程应用和拓展中提供思路和方法。 展开更多
关键词 卡尔曼状态估计 Q学习 未知模型参数 未知噪声统计特性
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多机系统的非线性自适应分散稳定控制 被引量:11
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作者 胡伟 梅生伟 +1 位作者 卢强 高光华 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2000年第21期7-10,共4页
针对含有未知参数的励磁系统 ,提出了一种非线性自适应控制设计方法。通过递推方法得到了自适应控制策略 ,而且在控制策略中包含了对未知参数的动态估计 ,最后获得了多机系统的非线性自适应分散励磁控制策略的一般表达式。在控制策略中... 针对含有未知参数的励磁系统 ,提出了一种非线性自适应控制设计方法。通过递推方法得到了自适应控制策略 ,而且在控制策略中包含了对未知参数的动态估计 ,最后获得了多机系统的非线性自适应分散励磁控制策略的一般表达式。在控制策略中所有的变量都是可量测的 ,而且控制量只与本机组的状态量有关 ,与其他机组的状态量和输电网络的参数无关 ,因此控制策略具有分散性和适应性。在一个 展开更多
关键词 多机系统 非线性 自适应分散控制 电力系统
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一类非线性系统的自适应观测器设计 被引量:11
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作者 赵黎丽 李平 李修亮 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期11-18,共8页
在故障诊断应用中,状态方程中的未知参数和输出方程中的未知参数分别表征执行机构故障和传感器故障,所以研究状态方程和输出方程同时含有未知参数的自适应观测器有着实际的应用意义.本文基于高增益观测器和自适应估计理论,针对状态方程... 在故障诊断应用中,状态方程中的未知参数和输出方程中的未知参数分别表征执行机构故障和传感器故障,所以研究状态方程和输出方程同时含有未知参数的自适应观测器有着实际的应用意义.本文基于高增益观测器和自适应估计理论,针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的一类一致可观的非线性系统,用构造性方法设计了一种联合估计状态和未知参数的自适应观测器.该自适应观测器的参数估计采用时变增益矩阵,结构形式及参数设置简单.给出了使该自适应观测器满足全局指数收敛性的持续激励条件,并在理论上简洁地证明了该自适应观测器的全局指数收敛性.数值仿真结果表明该自适应观测器具有良好的快速收敛性、跟踪性等期望性能. 展开更多
关键词 自适应观测器 高增益观测器 状态和参数联合估计 非线性系统
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带遗忘因子的线性系统自适应观测器设计 被引量:3
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作者 赵黎丽 李平 李修亮 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1704-1709,1719,共7页
针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的多输入-多输出连续线性时变系统,采用构造性方法设计一种带指数遗忘因子的自适应观测器.证明当系统无噪声时该自适应观测器的全局指数收敛性,在此基础上考虑有噪声系统,在若干假设成立的条件... 针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的多输入-多输出连续线性时变系统,采用构造性方法设计一种带指数遗忘因子的自适应观测器.证明当系统无噪声时该自适应观测器的全局指数收敛性,在此基础上考虑有噪声系统,在若干假设成立的条件下证明了该自适应观测器的估计误差均值也是全局指数收敛于0的.该自适应观测器采用带指数遗忘因子的时变增益矩阵,以自适应的方式克服噪声的影响,改善了估计的一致性.数值仿真结果表明,该自适应观测器具有良好的快速收敛性、跟踪性及抗干扰性等期望性能. 展开更多
关键词 自适应观测器 状态和未知参数联合估计 多输入-多输出系统 线性时变系统 遗忘因子
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强跟踪平方根容积卡尔曼滤波和自回归模型融合的故障预测 被引量:6
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作者 杜占龙 李小民 +1 位作者 郑宗贵 毛琼 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1047-1052,共6页
为了解决非线性系统中不可测量参数的预测问题,提出一种带有次优渐消因子的强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(STSCKF)和自回归(AR)模型相结合的故障预测方法.利用AR模型时间序列预测法预测未来时刻的测量值,将预测的测量值作为STSCKF的测量变... 为了解决非线性系统中不可测量参数的预测问题,提出一种带有次优渐消因子的强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(STSCKF)和自回归(AR)模型相结合的故障预测方法.利用AR模型时间序列预测法预测未来时刻的测量值,将预测的测量值作为STSCKF的测量变量,从而将预测问题转化为滤波估计问题.STSCKF通过在预测误差方差阵的均方根中引入渐消因子调节滤波过程中的增益矩阵,克服了故障参数变化函数未知情况下普通SCKF跟踪故障参数缓慢甚至失效的局限性,使得STSCKF能较好地预测故障参数的发展趋势.连续搅拌反应釜(CSTR)仿真结果表明,STSCKF的预测精度高于普通SCKF和强跟踪无迹卡尔曼滤波(STUKF),验证了方法的有效性. 展开更多
关键词 强跟踪滤波 非线性滤波 状态和参数联合估计 平方根容积卡尔曼滤波(SCKF) 故障预测
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多重渐消因子强跟踪SCKF及其在故障参数估计中的应用 被引量:8
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作者 杜占龙 李小民 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期643-649,共7页
针对非线性系统中不可观测故障参数估计问题,提出基于多重渐消因子强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(multiple fading factors strong tracking square-root cubature Kalman filter,MSTSCKF)的状态和参数联合滤波算法。MSTSCKF基于强跟踪滤... 针对非线性系统中不可观测故障参数估计问题,提出基于多重渐消因子强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(multiple fading factors strong tracking square-root cubature Kalman filter,MSTSCKF)的状态和参数联合滤波算法。MSTSCKF基于强跟踪滤波器理论框架,通过引入多重渐消因子实时调整增益矩阵,克服平方根容积卡尔曼滤波(square-root cubature Kalman filter,SCKF)在故障参数变化函数未知或者突变时滤波精度下降甚至发散的缺点,并兼具SCKF在非线性拟合精度和数值稳定性等方面的优点。仿真结果表明,相比SCKF和强跟踪无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF),本文提出的方法具有更高的估计精度。 展开更多
关键词 强跟踪滤波 状态和参数联合估计 平方根容积卡尔曼滤波 故障参数
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基于STSCKF和改进型χ2检验的模拟电路故障辨识 被引量:2
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作者 李小民 杜占龙 +2 位作者 郑宗贵 张国荣 毛琼 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2248-2255,共8页
针对模拟电路中不可直接测量故障元件定位和参数估计问题,提出一种基于强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(STSCKF)和χ2检验的故障辨识算法。根据强跟踪滤波理论,将χ2检验引入到强跟踪SCKF的残差异常检测中,解决了强跟踪SCKF缺乏故障定位能... 针对模拟电路中不可直接测量故障元件定位和参数估计问题,提出一种基于强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(STSCKF)和χ2检验的故障辨识算法。根据强跟踪滤波理论,将χ2检验引入到强跟踪SCKF的残差异常检测中,解决了强跟踪SCKF缺乏故障定位能力的问题。改进传统的χ2检验法,增强其对缓变故障的检测灵敏性。首先利用改进型χ2检验法检测不同故障模型的STSCKF残差输出,确定故障元件,然后采用STSCKF对故障元件参数进行估计。有源滤波电路仿真模型和某型无人机发射机实际故障数据的实验结果表明,相比于传统的χ2检验法,改进型χ2检验能更早地定位故障参数,STSCKF估计误差分别低于强跟踪无迹卡尔曼滤波(STUKF)估计误差的90%和普通SCKF估计误差的5%。 展开更多
关键词 强跟踪滤波 状态和参数联合估计 平方根容积卡尔曼滤波(SCKF) 残差检验
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基于自适应H_(2)/H_(∞)滤波的锂电池SOC和SOH联合估计 被引量:5
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作者 吴忠强 陈海佳 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第11期1719-1727,共9页
准确、实时地估计电池的荷电状态(state of charge,SOC)和健康状态(state of health,SOH)是现代电池管理系统的关键任务。通过自适应H_(2)/H_(∞)滤波器可对锂电池的SOC和SOH进行联合估计。该方法基于锂电池的二阶RC等效电路模型,采用AF... 准确、实时地估计电池的荷电状态(state of charge,SOC)和健康状态(state of health,SOH)是现代电池管理系统的关键任务。通过自适应H_(2)/H_(∞)滤波器可对锂电池的SOC和SOH进行联合估计。该方法基于锂电池的二阶RC等效电路模型,采用AFFRLS法在线辨识锂电池的模型参数,并利用H_(2)/H_(∞)滤波器估计锂电池的SOC,AFFRLS辨识与H_(2)/H_(∞)滤波交替进行,得到一种自适应H_(2)/H_(∞)滤波器。SOH依据AFFRLS辨识的电池内阻进行估计,实现了锂电池SOC与SOH的联合估计。实验结果表明:自适应H_(2)/H_(∞)滤波算法的估计精度高且鲁棒性强,电池的SOC和SOH的平均估计误差始终保持在±0.19%以内,相比于EKF和H_(∞)滤波算法有更高的估计精度与稳定性。 展开更多
关键词 计量学 荷电状态 锂电池 健康状态 自适应H_(2)/H_(∞)滤波 参数辨识 联合估计
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基于Wi-Fi多维参数特征的无源目标跟踪技术 被引量:4
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作者 田增山 廉颖慧 +2 位作者 周牧 李泽 金悦 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1572-1579,共8页
针对Wi-Fi无源目标跟踪技术中,由于直射路径信号以及噪声等影响造成提取目标反射路径信号困难等难点,本文提出了基于Wi-Fi多维参数特征的无源目标跟踪技术.该技术采用串行干扰消除代替全零初始化来完成某时刻多条路径到达角(Arrival of ... 针对Wi-Fi无源目标跟踪技术中,由于直射路径信号以及噪声等影响造成提取目标反射路径信号困难等难点,本文提出了基于Wi-Fi多维参数特征的无源目标跟踪技术.该技术采用串行干扰消除代替全零初始化来完成某时刻多条路径到达角(Arrival of Angle,AoA)、飞行时间(Time of Flight,ToF)以及多普勒频移(Doppler Frequency Shifts,DFS)的初始化,并且对传统频域空间交替广义期望最大化(Frequency Domain Space Alternating Generalized Expectation-maximization,FD-SAGE)算法进行改进,弥补了传统算法收敛速度慢以及噪声影响等缺陷.除此之外,本文采用基于最小代价多路径网络的混合数据关联方法解决了在不同时刻具有不同路径数目时无法进行路径有效关联的问题,同时该方法将固定时间窗中的最优匹配作为某时刻的关联数据,避免了某次关联错误导致后续关联失败所造成的不可逆错误.实验结果表明,本文在复杂室内环境下能够达到1.3m的平均跟踪定位精度. 展开更多
关键词 信道状态信息 多维参数联合估计 混合数据关联 无源目标跟踪
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基于ISR-UKF的PET固相缩聚过程参数和状态估计
10
作者 刘济 顾幸生 张素贞 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2651-2655,共5页
连续式PET固相缩聚移动床反应器具有显著的分布参数特性,由于建模简化或过程时变等原因使得所建模型参数不精确,导致反应器状态的估计失真。首先采用正交配置方法离散PET固相缩聚过程的偏微分方程模型,然后基于改进的平方根不敏Kalman... 连续式PET固相缩聚移动床反应器具有显著的分布参数特性,由于建模简化或过程时变等原因使得所建模型参数不精确,导致反应器状态的估计失真。首先采用正交配置方法离散PET固相缩聚过程的偏微分方程模型,然后基于改进的平方根不敏Kalman滤波算法(ISR-UKF),设计自适应联合估计器,同时获得参数和状态估计值。实验结果表明,参数估计结果合理,状态估计精度较高且稳定性好;并获得了频率因子、活化能近似值和有效系数随反应温度动态变化的规律,表明所提出的联合估计器能获得较好的实际应用效果。 展开更多
关键词 PET固相缩聚反应器 参数估计 ISR-UKF 联合估计器
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耦合集合卡尔曼滤波的非线性参数估计
11
作者 张亦汉 乔纪纲 陈逸敏 《中山大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期28-33,共6页
准确的参数对于非线性模型或者函数有极为重要的意义。但是在实际应用中,输入的参数常常带有一定的偏差,因此在预测中非线性模型(函数)往往得不到满意的结果。把集合卡尔曼滤波方法引入到非线性模型(函数)的参数估计中,并采用基于联合... 准确的参数对于非线性模型或者函数有极为重要的意义。但是在实际应用中,输入的参数常常带有一定的偏差,因此在预测中非线性模型(函数)往往得不到满意的结果。把集合卡尔曼滤波方法引入到非线性模型(函数)的参数估计中,并采用基于联合状态向量的方法在同化时刻同时更新模型(函数)的状态和参数,该方法可以通过同化观测数据,动态地调整参数和结果,使得参数能够自适应地变化,同时也能较好地释放积累的模型误差。将该方法应用于随时间变化的二维非线性模型(函数)中,实验表明,该方法能够准确地估计出模型参数值,同时也表现出很好的鲁棒性和自适应性。 展开更多
关键词 非线性参数估计 数据同化 集合卡尔曼滤波 联合状态向量
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基于粒子滤波的协作式空时联合频谱检测方法
12
作者 麦磊鑫 秦晓卫 戴旭初 《信号处理》 CSCD 北大核心 2011年第12期1904-1913,共10页
认知无线电系统中,通过频谱检测所获得的主用户位置信息和信道使用状态信息分别反映空间域和时间域的频谱使用情况,其准确性关系到次用户伺机频谱接入的效率。本文研究空间和时间联合频谱检测问题,将其建模为主用户位置参数和信道使用... 认知无线电系统中,通过频谱检测所获得的主用户位置信息和信道使用状态信息分别反映空间域和时间域的频谱使用情况,其准确性关系到次用户伺机频谱接入的效率。本文研究空间和时间联合频谱检测问题,将其建模为主用户位置参数和信道使用状态的联合估计问题,提出了一种基于粒子滤波的协作式空时联合频谱检测方法,主要思想是采用离散随机测度逼近位置参数和信道状态的联合后验概率分布函数,根据该分布估计出主用户位置和信道状态。同时,该方法结合由估计得到的空间和时间信息,自适应选择靠近主用户且对称分布的次用户参与协作检测,增加各次用户提供信息的有效性,从而提高估计的准确性;最后,通过仿真验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 认知无线电 协作频谱检测 粒子滤波 空时联合频谱检测 参数与状态联合估计
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一种多级弹道导弹主动段状态/参数联合估计算法 被引量:4
13
作者 刘丽丽 穆荣军 崔乃刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1839-1849,共11页
为了提高未知弹道参数下的多级弹道导弹主动段目标跟踪精度和鲁棒性,提出了一种目标状态/参数联合估计算法。首先对多级弹道导弹主动段运动进行建模和动力学特性分析;然后在重力转弯目标跟踪模型(GT1)基础上进行改进,得到三维重力转弯... 为了提高未知弹道参数下的多级弹道导弹主动段目标跟踪精度和鲁棒性,提出了一种目标状态/参数联合估计算法。首先对多级弹道导弹主动段运动进行建模和动力学特性分析;然后在重力转弯目标跟踪模型(GT1)基础上进行改进,得到三维重力转弯目标跟踪模型(GT3),并与容积卡尔曼滤波(CKF)算法结合,设计了多级弹道导弹目标主动段状态/参数联合估计算法;在此基础上给出一种多级弹道导弹目标机动飞行模式,最后分别在常瞄准攻角飞行和机动飞行条件下完成仿真验证。GT3算法对导弹主动段三轴机动比较敏感,克服了GT1算法无法准确描述主动段运动的缺陷,算法精度、鲁棒性有所提升。GT3对瞄准攻角不为零的多级助推弹道导弹主动段跟踪表现出明显优势,且对级间切换具有一定的识别能力。 展开更多
关键词 弹道导弹 主动段 机动目标跟踪 三维重力转弯模型 状态/参数联合估计
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不同温度与驾驶工况下车用锂电池SOC估算 被引量:6
14
作者 杨超 何锋 王文亮 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2021年第12期47-54,共8页
针对单一卡尔曼滤波(KF)在估算荷电状态(SOC)时忽略了温度、SOC以及驾驶工况对电池参数的影响,且存在收敛性差、误差大等问题,提出了一种扩展卡尔曼滤波(EKF)-自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)联合算法。基于电池的外特性机理建立了2阶RC等... 针对单一卡尔曼滤波(KF)在估算荷电状态(SOC)时忽略了温度、SOC以及驾驶工况对电池参数的影响,且存在收敛性差、误差大等问题,提出了一种扩展卡尔曼滤波(EKF)-自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)联合算法。基于电池的外特性机理建立了2阶RC等效电路模型,在OCV-SOC-T函数映射关系下,利用EKF算法实时预测电池参数,并联立AUKF算法实现SOC的估算。通过在不同温度与驾驶工况下的电池实验数据验证,EKF-AUKF联合算法能够实现电池参数和SOC的实时在线估计,同时兼顾了鲁棒性强、收敛性好以及估算精度高等特点,其估算结果明显优于单一的AUKF算法。 展开更多
关键词 荷电状态 电池参数 联合算法 鲁棒性 估算精度
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基于DRUKF算法的电动汽车电池管理系统SOC/SOH高精度估计
15
作者 王期文 盛强 +2 位作者 潘智平 刘威 朱海峰 《现代制造工程》 2025年第12期49-58,共10页
锂离子电池荷电状态(State of Charge,SOC)和健康状态(State of Health,SOH)的精确估计对电池管理系统(Battery Management System,BMS)至关重要。传统无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法在复杂工况下因噪声和模型参数不... 锂离子电池荷电状态(State of Charge,SOC)和健康状态(State of Health,SOH)的精确估计对电池管理系统(Battery Management System,BMS)至关重要。传统无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法在复杂工况下因噪声和模型参数不确定性而使精度提高受限,为解决此问题,提出了一种基于二阶RC等效电路模型,并集成了在线参数辨识的双时间尺度鲁棒无迹卡尔曼滤波(Dual-Time-Scale Robust Unscented Kalman Filter,DRUKF)算法,用于SOC和SOH的联合在线估计。DRUKF算法利用SOH慢变特性,实现SOC和SOH的解耦估计;融合H无穷滤波和鲁棒无迹卡尔曼滤波(Robust Unscented Kalman Filter,RUKF)算法的在线参数辨识,可更新模型参数和滤波参数,H无穷滤波降低了DRUKF算法对噪声统计特性的依赖,RUKF算法增强了对模型参数偏差的鲁棒性。工程试验表明,DRUKF算法的SOC估计误差显著低于离线参数辨识的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法、UKF算法和RUKF算法,试验验证了DRUKF算法在复杂工况下的高精度和强鲁棒性,为BMS提供了可靠方案。 展开更多
关键词 电池管理系统 荷电状态和健康状态联合在线估计 鲁棒无迹卡尔曼滤波 H无穷滤波 在线参数辨识
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