项目名称: 事件驱动下信息-物理融合系统最优状态估计理论与应用研究

项目编号: No.61503027

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 史大威

作者单位: 北京理工大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 本项目针对信息-物理融合系统的事件驱动最小均方误差状态估计问题进行研究。基于状态估计器获得的事件驱动测量信息,以有限状态隐马尔科夫过程为研究对象,针对信息-物理融合系统中的通信网络效应(如丢包、延时)和未知外界输入作用(如网络攻击)等不同因素,探讨事件驱动最优状态估计器的系统化设计方法,揭示事件驱动最优估计的一般解析表达形式。提出事件驱动状态估计性能分析的一般方法,挖掘事件驱动条件、通信网络参数及未知外界输入与平均通讯率及估计性能之间的定量关系。结合一般采样控制系统中模数、数模转换器的量化效应,建立采样系统有限状态等效模型,探讨有限状态事件驱动估计方法在一般采样控制系统中的适用性、可实现性及低复杂度实现方法。本项目将为以信息-物理融合系统为核心的预测、监控系统的发展提供理论支持和技术指导。

中文关键词: 事件驱动状态估计;最优估计;信息-物理融合系统;马尔科夫随机过程

英文摘要: The event-based minimum mean square error (MMSE) state estimation problem for cyber-physical systems (CPS) is considered in this project. The system under consideration is assumed to be represented by a finite-state hidden Markov model. Utilizing the event-triggered measurement information available to the estimator, a systematic approach to optimal event-based estimator design will be investigated by considering the effect of the communication network (e.g., packet dropouts, time delays) as well as the existence of unknown exogenous inputs (e.g., cyber-attacks) in CPS, and the general analytical expressions of the optimal event-based MMSE estimates for the hidden process are to be expected. A general method for performance assessment of event-based state estimation will be proposed, and the quantitative relationship of the event-triggering conditions, the parameters in the communication network and the unknown exogenous inputs with average communication rates and estimation performance will be exploited. Based on the quantization effect of the analog-to-digital and digital-to-analog converters in sampled-data control systems, the finite-state equivalent model for sampled-data systems can be obtained, based on which the applicability and implementation of the potential finite-state event-based estimation results for general sampled-data control systems will be discussed. The potential results of this project provide theoretical and technical support for the development of CPS-based prediction and monitoring systems.

英文关键词: Event-based state estimation;Optimal estimation;Cyber-physical systems;Markov processes

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