Observability is a fundamental structural property of any dynamic system and describes the possibility of reconstructing the state that characterizes the system from observing its inputs and outputs. Despite the huge effort made to study this property and to introduce analytical criteria able to check whether a dynamic system satisfies this property or not, there is no general analytical criterion to automatically check the state observability when the dynamics are also driven by unknown inputs. Here, we introduce the general analytical solution of this fundamental problem, often called the unknown input observability problem. This paper provides the general analytical solution of this problem, namely, it provides the systematic procedure, based on automatic computation (differentiation and matrix rank determination), that allows us to automatically check the state observability even in the presence of unknown inputs. A first solution of this problem was presented in the second part of the book: "Observability: A New Theory Based on the Group of Invariance" [45]. The solution presented by this paper completes the previous solution in [45]. In particular, the new solution exhaustively accounts for the systems that do not belong to the category of the systems that are canonic with respect to their unknown inputs. The new solution is also provided in the form of a new algorithm. A further novelty with respect to the algorithm provided in [45] consists of a new convergence criterion that holds in all the cases (the convergence criterion of the algorithm provided in [45] can fail in some cases). Finally, we also provide the answer to the problem of unknown input reconstruction which is intimately related to the problem of state observability. We illustrate the implementation of the new algorithm by studying a nonlinear system in the framework of visual-inertial sensor fusion.


翻译:可观察性是任何动态系统的基本结构属性,并描述了重整系统从观察其投入和产出上观察其投入和产出所特有的状态的可能性。尽管为研究这一属性和引入能够检查动态系统是否满足这一属性的分析标准付出了巨大努力,但没有一般性的分析标准在动态也由未知投入驱动时自动检查国家可观察性。这里,我们引入了这一根本问题的一般分析解决方案,通常称之为未知的投入可观察性问题。本文件提供了这一问题的总体分析解决方案,即它提供了基于自动计算(差异和矩阵等级确定)的系统程序,使我们能够在出现未知投入的情况下自动检查该属性的可观察性。在书的第二部分中提出了这一问题的首个解决方案:“可观察性:新理论基于易变集团” [45] 。本文提出的解决方案在[45] 中完成了先前的解决方案。特别是,通过对不属于系统类别、但正在研究的直线和矩阵等级确定,使我们能够自动检查该特性的可观察性,在新版本中提供了新版本标准。新的解决方案在新版本中提供了新版本中的不一致性。

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