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无人机非线性状态估计:扩展精确高斯变分推理学习方法
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作者 刘久富 Elishahidi S.B.Mvungi +3 位作者 汪恒宇 解晖 刘向武 王志胜 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第3期141-150,共10页
针对在对时变非线性系统进行状态估计以及参数学习时估计误差大、抗干扰能力差等问题,提出一种面向非线性系统的精确稀疏高斯变分推理的批量状态估计与参数学习方法。基于高斯变分推理提出损失函数,状态估计问题转化为对真实后验近似问... 针对在对时变非线性系统进行状态估计以及参数学习时估计误差大、抗干扰能力差等问题,提出一种面向非线性系统的精确稀疏高斯变分推理的批量状态估计与参数学习方法。基于高斯变分推理提出损失函数,状态估计问题转化为对真实后验近似问题,并引入需要学习的参数。对状态概率分布的参数使用高斯-牛顿式优化器的方法进行迭代更新,利用Stein引理、协方差矩阵的稀疏性及高斯容积方法得到完整的状态估计迭代方案。使用期望最大化学习测量模型的噪声参数,同时引入逆Wishart先验减少测量噪声和离群值对参数学习以及状态估计结果的影响。通过对无人机仿真模型进行模拟实验,在不加入无人机运动以及测量噪声真实值的情况下,对无人机轨迹能够进行精确的估计,且有效抑制测量噪声和测量离群值对轨迹估计精度带来的影响。 展开更多
关键词 精确稀疏高斯变分推理 非线性系统批量状态估计 参数学习 期望最大化方法 轨迹估计
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基于多胞体双滤波的非线性系统集员状态估计方法
2
作者 洪巍 何青 +1 位作者 吴晓烨 唐琼霜 《控制工程》 北大核心 2025年第5期806-812,共7页
在非线性状态估计领域,针对未知有界噪声环境,提出了一种融合多胞体卡尔曼预测与超平行体观测约束的双滤波算法。该方法首先通过中心差分方法对模型进行一阶展开,采用凸差规划技术构建线性化误差的外定界空间,将状态可行集和线性化误差... 在非线性状态估计领域,针对未知有界噪声环境,提出了一种融合多胞体卡尔曼预测与超平行体观测约束的双滤波算法。该方法首先通过中心差分方法对模型进行一阶展开,采用凸差规划技术构建线性化误差的外定界空间,将状态可行集和线性化误差统一表示为多胞体形式,进而利用多胞体卡尔曼框架递推求解下一时刻的预测状态可行集。在量测更新阶段,通过将当前时刻的观测约束带分解为多个超平行体的交集,并依次与预测状态可行集进行交集运算,最终得到更新后的状态可行集。该算法通过优化集合交集运算策略,有效抑制了传统方法在交集计算中出现的维度爆炸问题,降低了估计结果的保守程度。仿真实验证明了该算法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 集员滤波 多胞体 状态估计 非线性系统
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精确稀疏高斯变分推理非线性状态估计方法的研究
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作者 方党生 汪恒宇 刘久富 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期2274-2283,共10页
针对非线性系统的状态估计中对模型进行线性近似使得估计结果误差较大,进行批量状态估计时运算量过大以及运算效率低等问题,提出精确稀疏高斯变分推理(exactly sparse Gaussian variational inference,ESGVI)方法。首先,提出基于高斯变... 针对非线性系统的状态估计中对模型进行线性近似使得估计结果误差较大,进行批量状态估计时运算量过大以及运算效率低等问题,提出精确稀疏高斯变分推理(exactly sparse Gaussian variational inference,ESGVI)方法。首先,提出基于高斯变分推理的损失函数,将状态估计问题转化为利用数据对后验进行近似的问题。对提取的损失函数、均值以及协方差矩阵使用梯度下降法进行迭代更新。然后,利用逆协方差矩阵的稀疏性对所求期望进行边缘采样,以达到避免求导、简化计算的目的,再通过多维高斯求积得到完整的优化迭代方案。其次,利用所得的优化迭代方案对非线性系统进行批量状态估计。最后,采用无人机仿真模型实验验证了所提方法的有效性与精确性,同时将所提方法与最大后验估计(maximum a posteriori,MAP)方法相比,结果表明,所提方法能够明显降低状态估计误差,提高轨迹估计的精确性。 展开更多
关键词 精确稀疏高斯变分推理 参数学习 批量状态估计 非线性系统 无人机轨迹估计
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一类含有有色噪声的鲁棒非线性扩展状态估计
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作者 师卫国 朱可欣 +3 位作者 董燕飞 祁林 贺伟 侯宁 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2024年第3期56-64,72,共10页
针对含有有色噪声和通信带宽受限的网络化系统,设计了鲁棒非线性扩展状态估计算法。采用测量信息逐差法降低噪声相关性对系统造成的影响,再利用对数量化器进行测量信息处理,克服通信容量限制,创新地将不确定非线性项作为扩展系统的一个... 针对含有有色噪声和通信带宽受限的网络化系统,设计了鲁棒非线性扩展状态估计算法。采用测量信息逐差法降低噪声相关性对系统造成的影响,再利用对数量化器进行测量信息处理,克服通信容量限制,创新地将不确定非线性项作为扩展系统的一个状态解决非线性问题,在此基础上设计了一种鲁棒非线性扩展状态估计器。运用Young’s不等式和矩阵分析求解Riccati方程,得到估计器的误差协方差上界,实现增益的实时优化。该估计算法处理非线性系统更加方便,能够克服非线性函数处理时的保守性,且估计性能优异。 展开更多
关键词 状态估计 非线性时变系统 扩展状态 量化处理 鲁棒控制
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并网型直流微电网的非线性降阶建模及其估计吸引域的优化计算 被引量:3
5
作者 孙圣欣 汤晨煜 +4 位作者 解大 古丽扎提·海拉提 顾承红 张延迟 王西田 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期517-534,I0007,共19页
面对“双高”电力系统的高维度、高随机性和强非线性,现有的建模和稳定性分析方法受限于维度、难以求解且准确度低。针对此问题,该文提出一个面向“双高”电力系统,包含非线性降阶建模和估计吸引域优化计算的稳定性分析框架。首先,考虑... 面对“双高”电力系统的高维度、高随机性和强非线性,现有的建模和稳定性分析方法受限于维度、难以求解且准确度低。针对此问题,该文提出一个面向“双高”电力系统,包含非线性降阶建模和估计吸引域优化计算的稳定性分析框架。首先,考虑分布式光伏和恒功率负载的地理环境因素,应用Pioncáre规范理论,将并网型直流微电网的二次状态偏差模型依次进行分块降维、解耦和降阶变换,建立一阶二次微分方程形式的非线性降阶模型。然后,基于李雅普诺夫稳定判据,结合构造含辅助变量的最优化模型思想,并利用克罗内克积性质,提出估计吸引域的优化计算方法,构建优化的估计吸引域(optimalestimatedregionofattraction,OEROA)。最后,以分布式光伏云层遮蔽和恒功率负载扰动下的微电网系统作为算例,与基于LaSalle定理的李雅普诺夫法、Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型法对比,验证所提方法构建的估计吸引域具有更低的保守性,以及所提分析框架的有效性。 展开更多
关键词 并网型直流微电网 非线性降阶建模 优化的估计吸引域 二次状态偏差模型 分块 解耦
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锂离子电池荷电状态估计:非线性观测器方法 被引量:11
6
作者 张云 张承慧 崔纳新 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1639-1644,共6页
电池荷电状态(state of charge,SOC)的准确估计是电动汽车有效实施能量管理的基本前提和安全高效运行的重要保障.为降低电池系统因迟滞效应和非线性因素对SOC估计产生的不利影响,本文基于Lipschitz非线性系统观测器设计理论,提出了一类... 电池荷电状态(state of charge,SOC)的准确估计是电动汽车有效实施能量管理的基本前提和安全高效运行的重要保障.为降低电池系统因迟滞效应和非线性因素对SOC估计产生的不利影响,本文基于Lipschitz非线性系统观测器设计理论,提出了一类电池SOC估计新方法.基于该新方法设计的观测器具有结构简单,估计性能好等优点.首先根据电池等价电路模型给出电池系统的数学描述,进而利用脉冲放电实验数据计算出电池系统各参数值,然后利用线性矩阵不等式方法求解出观测器增益矩阵,最后利用城市道路循环(urban dynamometer driving schedule,UDDS)工况测试验证了观测器系统具有良好的跟踪性能. 展开更多
关键词 锂离子电池 状态估计 非线性观测器 电池模型
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广义连续随机非线性系统的状态估计问题 被引量:8
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作者 张卓奎 陈慧婵 刘三阳 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期634-637,共4页
讨论了系统噪声和测量噪声为非零均值及具有相关噪声干扰情形下的广义连续随机非线性系统 ,利用矩阵的奇异值分解方法 。
关键词 广义随机非线性系统 相关噪声 递推方程 状态估计
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WAMS中计及量测函数非线性项的电力系统自适应动态状态估计 被引量:18
8
作者 李虹 李卫国 熊浩清 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期155-161,共7页
提出两种在线辨识和修正模型误差协方差矩阵的自适应动态状态估计方法,并在这两种状态估计模型中引入量测函数的非线性项。这不仅在进行状态滤波的同时,利用观测数据提供的信息,在线辨识和估计系统中未知或不精确的噪声统计特性,而且由... 提出两种在线辨识和修正模型误差协方差矩阵的自适应动态状态估计方法,并在这两种状态估计模型中引入量测函数的非线性项。这不仅在进行状态滤波的同时,利用观测数据提供的信息,在线辨识和估计系统中未知或不精确的噪声统计特性,而且由于计及了量测函数的非线性项,非线性系统在线性化过程中所产生的线性化误差完全得到补偿,极大地提高了算法在异常运行情况下的自适应性;并且在量测量中计入了相量测量单元(PMU)测量的电压幅值和相角,增加了系统的冗余量测,提高了滤波精度。仿真结果验证了所提方法在正常情况、负荷突变、存在坏数据、网络拓扑结构错误各种情况下具有较好的预测和滤波效果。 展开更多
关键词 电力系统 广域测量系统 动态状态估计 非线性 自适应卡尔曼滤波
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非线性系统智能状态估计研究进展与展望 被引量:7
9
作者 齐国元 陈增强 袁著祉 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期813-818,共6页
综述了近年来基于智能方法的非线性系统滤波器和观测器的设计方法.关于滤波器,一方面介绍了基于智能方法辨识系统模型而设计的间接滤波器,分析了模型偏差修正的重要性;另一方面探讨了基于智能方法设计的直接滤波器的研究进展.关于观测器... 综述了近年来基于智能方法的非线性系统滤波器和观测器的设计方法.关于滤波器,一方面介绍了基于智能方法辨识系统模型而设计的间接滤波器,分析了模型偏差修正的重要性;另一方面探讨了基于智能方法设计的直接滤波器的研究进展.关于观测器,重点介绍了基于神经网络的广义Luenberger观测器的设计方法,总结了该观测器稳定性和鲁棒性的理论分析结果,并进一步介绍了适用范围更广的智能自适应鲁棒观测器的设计方法.最后,对非线性估计问题的进一步研究提出了几点展望. 展开更多
关键词 非线性系统 智能状态估计 观测器 奇异值分解 系统辨识
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保留非线性的快速P-Q分解状态估计法 被引量:17
10
作者 刘浩 侯博渊 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 1995年第1期26-30,34,共6页
提出了一种新的状态估计方法。该法保留了量测方程的非线性,同时又利用P-Q分解方法,提高状态估计的计算速度。
关键词 非线性 快速P-Q分解 状态估计 电力系统
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基于强跟踪滤波的车辆非线性状态估计 被引量:4
11
作者 李以农 赵树恩 +1 位作者 米林 冀杰 《江苏大学学报(自然科学版)》 EI CAS 北大核心 2009年第6期564-568,共5页
针对车辆稳定性控制过程中较难直接测得的车辆关键状态参数,提出基于强跟踪滤波理论的多传感器线性组合状态最优估计算法.建立包含纵向、侧向及侧倾运动的汽车4自由度非线性动力学模型和状态估计模型,并运用多传感器线性最优融合强跟踪... 针对车辆稳定性控制过程中较难直接测得的车辆关键状态参数,提出基于强跟踪滤波理论的多传感器线性组合状态最优估计算法.建立包含纵向、侧向及侧倾运动的汽车4自由度非线性动力学模型和状态估计模型,并运用多传感器线性最优融合强跟踪滤波估计器,对汽车关键状态进行仿真分析.分析结果表明,采用该方法可以解决由于模型不确定性造成状态估计值偏离系统真实状态的现象,并能有效抑制滤波发散,具有较大范围的自适应跟踪能力.该方法为汽车先进控制系统中的状态参数估计提供了一种准确且低成本的实时软测量技术. 展开更多
关键词 车辆工程 强跟踪滤波 状态估计 信息融合 非线性滤波 计算机仿真
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基于非线性状态估计的风电机组振动建模研究 被引量:9
12
作者 苏连成 孙伟 董金国 《燕山大学学报》 CAS 北大核心 2018年第4期331-341,共11页
本文引入振动加速度信号,与SCADA数据结合进行风电机组关键部件的状态监测及故障诊断。实验数据为某风电机组连续6个月SCADA数据,振动建模方法采用非线性状态估计技术,在风电机组故障高发部位——齿轮箱、发电机、主轴承等处加装振动加... 本文引入振动加速度信号,与SCADA数据结合进行风电机组关键部件的状态监测及故障诊断。实验数据为某风电机组连续6个月SCADA数据,振动建模方法采用非线性状态估计技术,在风电机组故障高发部位——齿轮箱、发电机、主轴承等处加装振动加速度传感器,通过对各部位振动特性的分析,分别建立相应部位的振动模型进行故障监测与诊断,并验证其可行性。研究表明,利用非线性估计的方法建立风电机组关键部位的振动预测模型简单有效,预测精度高,为后续风电机组振动分析提供了新的思路。 展开更多
关键词 风电机组状态监测 非线性状态估计 振动 SCADA
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基于系统分割的保留非线性快速P-Q分解状态估计法 被引量:12
13
作者 刘浩 戴居丰 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2005年第12期72-76,共5页
提出了一种新的状态估计算法,既保留了量测方程非线性又利用了快速P-Q分解方法,因此数学模型精度高且保留了快速P-Q分解的优点,提高了状态估计的计算精度和速度。采用系统分割方法将大系统分割为多个小系统,分别对每个小系统进行状态估... 提出了一种新的状态估计算法,既保留了量测方程非线性又利用了快速P-Q分解方法,因此数学模型精度高且保留了快速P-Q分解的优点,提高了状态估计的计算精度和速度。采用系统分割方法将大系统分割为多个小系统,分别对每个小系统进行状态估计,然后对各小系统的状态估计结果进行协调,得到整个系统具有同一参考节点的状态估计结果,这样可大大提高状态估计的计算速度,有利于进行大电网的状态估计。在18节点系统上进行的数字仿真实验验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 快速P-Q分解 非线性 状态估计 状态估计算法 小系统 分解方法 量测方程 模型精度 计算精度 分割方法 计算速度 仿真实验 节点系统 大系统 大电网
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保留非线性三相配电网状态估计 被引量:2
14
作者 卫志农 周红军 +1 位作者 顾杵 唐治育 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期385-389,共5页
该文提出一种基于保留非线性的三相配网状态估计算法。该算法充分利用辐射配网的特点 ,能够适应r/x比值较大时的情况 ,计及了三相不平衡 ,适用于由功率的实时量测和伪量测建立起的基本可观、并有部分电压量测的系统。保留了非线性二阶... 该文提出一种基于保留非线性的三相配网状态估计算法。该算法充分利用辐射配网的特点 ,能够适应r/x比值较大时的情况 ,计及了三相不平衡 ,适用于由功率的实时量测和伪量测建立起的基本可观、并有部分电压量测的系统。保留了非线性二阶项 ,同时由于雅可比矩阵恒定 ,二阶项易于计算 ,节省了机时。理论分析和实际算例表明 ,该算法收敛可靠 ,运算速度快 ,内存量少 。 展开更多
关键词 配电网络 状态估计 三相不平衡 非线性
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基于粒子滤波的非线性设备状态估计 被引量:2
15
作者 林国语 贾云献 +2 位作者 孙磊 张文泉 赵劲松 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2014年第1期97-101,共5页
为解决非线性非平稳设备状态估计难的问题,提出一种基于粒子滤波的非线性设备状态估计方法。该方法通过蒙特卡洛方法仿真状态动态模型和观测模型,并对系统状态的后验概率密度函数进行估计。该方法避免了典型卡尔曼滤波状态估计过程中要... 为解决非线性非平稳设备状态估计难的问题,提出一种基于粒子滤波的非线性设备状态估计方法。该方法通过蒙特卡洛方法仿真状态动态模型和观测模型,并对系统状态的后验概率密度函数进行估计。该方法避免了典型卡尔曼滤波状态估计过程中要求线性和高斯噪声的假定。最后,将该方法用于齿轮箱状态估计实验,实验结果显示,该方法与卡尔曼滤波法相比较,结果更加准确,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 非线性 粒子滤波 状态估计 齿轮箱
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一种车辆状态的非线性估计方法研究 被引量:3
16
作者 赵林辉 刘志远 陈虹 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1710-1715,1718,共7页
应用Dugoff轮胎模型建立了车辆的非线性动力学方程。在此基础上,提出了一种纵向车速、横向车速和横摆角速度的非线性估计器设计方法,并基于Lyapunov稳定性理论给出了保证估计器收敛的充分条件。最后,在一个高精度的车辆动力学实时仿真... 应用Dugoff轮胎模型建立了车辆的非线性动力学方程。在此基础上,提出了一种纵向车速、横向车速和横摆角速度的非线性估计器设计方法,并基于Lyapunov稳定性理论给出了保证估计器收敛的充分条件。最后,在一个高精度的车辆动力学实时仿真环境中,将本方法与其它估计方法在不同路面条件下进行了多种驾驶工况的对比研究,并检验了本方法在车辆参数不准确或车载传感器信号丢失时的估计效果。仿真结果表明,本方法具有较好的估计性能。 展开更多
关键词 车辆状态 非线性估计 Dugoff轮胎模型 车辆动力学
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基于KLD采样的自适应UPF非线性状态估计方法 被引量:2
17
作者 裴福俊 孙新蕊 崔平远 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第9期2679-2681,2686,共4页
针对标准UPF算法存在的计算量大、实时性差的问题,设计了一种利用KLD采样在线实时改变粒子个数的自适应UPF算法。该算法的核心思想是利用KLD采样原理,根据预测粒子在状态空间中的分布情况来在线实时的确定下一次滤波迭代所需的粒子个数... 针对标准UPF算法存在的计算量大、实时性差的问题,设计了一种利用KLD采样在线实时改变粒子个数的自适应UPF算法。该算法的核心思想是利用KLD采样原理,根据预测粒子在状态空间中的分布情况来在线实时的确定下一次滤波迭代所需的粒子个数,减少对滤波算法没有帮助的粒子,仅保留保证滤波估计精度所需的最少粒子个数,从而有效减小算法的运算量,提高算法的实时处理能力。最后,将自适应UPF算法与粒子滤波、标准UPF算法进行了仿真比较,仿真结果表明在保持高精度估计能力的同时,自适应UPF算法比标准UPF算法具有更好的实时性,是解决非线性非高斯系统状态估计问题的一种有效方法。 展开更多
关键词 自适应UPF KLD采样 非线性非高斯 状态估计
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EKF状态估计交流跟踪非线性L2励磁控制 被引量:3
18
作者 谷志锋 朱长青 +2 位作者 赵文杰 邵天章 刘洪文 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期68-75,共8页
针对传统非线性鲁棒自适应控制缺乏最优控制功能的不足,依据反演设计、直接反馈线性化和最优控制相关理论,提出了交流跟踪非线性鲁棒最优励磁控制方法。采用扩展卡尔曼滤波(EKF)估计和交流跟踪比较的方法,实现了用状态参数和发电机端电... 针对传统非线性鲁棒自适应控制缺乏最优控制功能的不足,依据反演设计、直接反馈线性化和最优控制相关理论,提出了交流跟踪非线性鲁棒最优励磁控制方法。采用扩展卡尔曼滤波(EKF)估计和交流跟踪比较的方法,实现了用状态参数和发电机端电压的快速获取。依据估计和计算得到的状态参数,确定了励磁系统的运行点,最终实现了全运行状态的非线性鲁棒最优励磁控制。仿真结果表明:在动态条件下,EKF能够实现发电机状态的快速估计;交流跟踪基准电压信号能够快速跟踪发电机端电压的变化;非线性鲁棒最优自适应励磁控制既能实现不确定参数的自适应和L2增益干扰抑制,同时具备了传统反演设计不具备的最优控制功能。 展开更多
关键词 交流跟踪励磁 状态估计 非线性鲁棒最优控制 鲁棒自适应控制 L2增益干扰抑制
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非线性状态方程约束下的一类动态多尺度系统建模和估计算法 被引量:1
19
作者 崔培玲 潘泉 +1 位作者 张洪才 李军宏 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2004年第3期23-25,共3页
该文提出了非线性状态方程约束下的一类动态多尺度系统的模型及估计方法,该系统的状态方程是非线性的,多个传感器在状态空间的一个闭子空间序列中对系统状态进行观测。该文用状态空间投影方程将多个尺度联系起来,建立了一种新的集中式... 该文提出了非线性状态方程约束下的一类动态多尺度系统的模型及估计方法,该系统的状态方程是非线性的,多个传感器在状态空间的一个闭子空间序列中对系统状态进行观测。该文用状态空间投影方程将多个尺度联系起来,建立了一种新的集中式系统模型,该模型满足UnscentedKalmanFilter(UKF)条件。给出了基于Haar小波的模型的具体形式和估计算法,MonteCarlo仿真结果验证了该文算法的有效性。 展开更多
关键词 非线性状态方程 动态多尺度系统 Unscented KALMAN FILTER HAAR小波 建模 估计算法
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保留非线性的快速P-Q分解状态估计程序设计 被引量:3
20
作者 刘浩 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 1997年第4期14-18,共5页
设计了保留非线性的快速P-Q分解状态估计程序框图。用FORTRAN77语言编制程序,对18结点系统进行了数字仿真实验。
关键词 非线性 P-Q分解 状态估计 程序设计
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