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专利号: 2021102590677
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法,其特征在于包含如下步骤:

步骤1,采集城市道路各交叉路口的流量数据,建立道路系统的流量状态空间正系统模型;

步骤2,针对传感器饱和现象,建立区间不确定形式的传感器测量输出架构;

步骤3,基于1范数,建立线性形式的事件触发条件,并设计事件触发滤波器,估计城市道路交通的通行状况;

步骤4,针对系统运行过程中的系列不确定因素,建立非脆弱滤波器架构,用于增强滤波器鲁棒性;

步骤5,基于所建立事件触发架构和非脆弱滤波器架构,设计城市道路交通系统的事件触发l1‑增益非脆弱滤波器。

2.如权利要求1所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法,其特征在于,所述的步骤1具体包括:步骤1.1,记录单位时间内流入流出各城市道路交通路口的车辆数和人口数,进而得到路口的车流量平衡方程为:

其中,vi(k)为某一交叉路口的第i条支路的第k时刻的车辆数,Δt为单位时间间隔,为第k时刻从第j条支路流入到第i条支路的车辆数, 为第k时刻从第i条支路流出到第h条支路的车辆数;

步骤1.2,根据步骤1.1所得到的统计数据建立城市道路交通系统的状态空间表达式x(k+1)=Aδ(k)x(k)+Bδ(k)w(k),y(k)=Cδ(k)x(k)+Dδ(k)w(k),z(k)=Eδ(k)x(k)+Fδ(k)w(k),T

其中,x(k)=(x1(k) x2(k) … xi(k) … xn(k)) 由城市道路交通系统的n个交叉路口车辆数xi(k)组成; 为传感装置的测量结果,z(k)为待估计的城市道路通行状况,为新加入城市道路的车辆和人口摄动输入;Aδ(k),Bδ(k),Cδ(k),Dδ(k),Eδ(k)和Fδ(k)为由 步骤1 .1得到的 数据所建立的第ρ个子 系统的 系统矩阵 ,并且 满足δ(k)为满足

Markov过程的跳变信号,满足δ(k)∈S,转移概率为Pr{δ(k+1)=σ|δ(k)=ρ}=πρσ,0≤πρσ≤

1和 δ(k)的取值由步骤1.1中得到的数据特性决定,集合S={1,2,…,N},N为给定的正整数,当δ(k)=ρ时,交通系统的矩阵为Aρ=Aδ(k),Bρ=Bδ(k),Cρ=Cδ(k),Dρ=Dδ(k),Eρ=Eδ(k)和Fρ=Fδ(k),ρ∈S,根据车辆数的非负特性,交通系统的矩阵满足Aρ≥0,Bρ≥0,Cρ≥0,Dρ≥0,Eρ≥0,Fρ≥0。

3.如权利要求2所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法,其特征在于,取N=2,即城市道路交通系统由两个子系统组成,高峰期子系统和非高峰期子系统。

4.如权利要求1所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法,其特征在于,所述的步骤2具体内容为:设计区间不确定形式的传感器输出架构y(k)=sat(Cρx(k))+Dρw(k),其中,给定一个向量 经过sat(·)作用后,可得sat(ui)=min{sign(ui)|ui|,T

sign(ui)}和sat(u)=(sat(u1) sat(u2) … sat(us)) 。结合实际过程中传感器的饱和特性,利用角域条件将饱和函数转化为区间不确定形式,即:λiui≤sat(ui)≤ui,0<λi<1令Λ=diag{λ1 λ2 … λs},y(k)可转化为:

5.如权利要求1所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法,其特征在于,所述的步骤3具体内容为:定义 是一个分段函数,其值仅在事件触发时更新,之后保持不变直到下一次事件触发产生,基于1范数,建立可用线性规划转化的事件触发条件为||ey(k)||1>β||y(k)||1,其中,β为一个给定的常数且满足0<β<1,设计事件触发滤波器的架构为:其中, 为滤波器的状态变量, 为滤波器的有效输入,滤波器系统矩阵Afρ,Bfρ,Efρ和Ffρ为将被设计的适当维度的滤波器增益矩阵。

6.如权利要求1所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法,其特征在于,所述的步骤4具体内容为:设计非脆弱滤波器的架构如下

其中,滤波器摄动矩阵ΔAρ,ΔBρ,ΔEρ和ΔFρ为具有上下界的适当维度的增益矩阵满足并且,

δEρ,

δFρ和 为给定的常数,具体取值根据步骤1.1收集的数据得到; 为Afρ的第i行第j列元素, 为Bfρ的第i行第j列元素, 为Efρ的第i行第j列元素, 为Ffρ的第i行第j列元素。

7.如权利要求1所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法,其特征在于,所述的步骤5具体步骤为:步骤5.1建立城市道路交通系统的增广系统状态空间表达式模型,首先,令ψ(k)=zf(k)‑z(k),,然后,建立相应的增广系统的状态空间表达式模型为

其中,

步骤5.2,设扰动输入w(k)≥0,建立l1‑增益性能指标函数为其中,γ>0;

步骤5.3,将非脆弱滤波器的摄动项转化区间形式,并进一步建立系统的正性条件,所建立摄动项满足的区间上下界为取任意 令Ψ=I‑β1s×s,Φ=I+β1s×s,设计n维向量φρi≥0,ξρi≥0,s维向量建立系统的正性条件如下

进一步,将ey(k)转化为区间形式步骤5.4,选取线性Lyapunov函数为其中, 那么,

步骤5.5,设计常数μ>0,γ>0,n维向量 φρ≥0,ξρ≥0,和s维向量θρ≥0,建立系统的随机稳定性条件为

ξρ≥ξρi,θρ≥θρi,i=1,2,…,h,其中,

步骤5.6,在满足所建立的正性条件和随机稳定性条件的前提下,进行γ最小化优化,得到城市道路交通系统的上界系统为其中,

那么,

根据步骤5.5可得

对上式两边取期望运算可知

再次根据步骤5.5,可得

步骤5.7,得所设计的事件触发l1‑增益非脆弱滤波器为