基于多率采样数据和动态拓扑的网络化模糊系统分布式协同滤波

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61803244
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Distributed filtering systems over wireless sensor networks (WSN) are receiving increasing attention due to their powerful ability in the aspects of information collection and collaboration processing. However, some factors including limited energy in nodes, constrained network bandwidth and data sharing among multiple sensors make distributed filtering analysis challenging. Thus there has arisen some new problems such as different network-induced imperfections in different channels, dynamic topology, and multi-rate sampled-data fusion in WSN-based distributed filtering systems. Traditional filtering theory cannot meet the design requirements of these systems. Therefore, it is an urgent topic to study new models and theories to solve the design problems of distributed filtering for WSN-based networked systems. By introducing a new classification strategy of multi-rate sampling to determine a sampled-data fusion method, constructing an adaptive event-triggered transmission scheme to save the resources of WSN, and considering various network-induced imperfections in a unified framework, this project will investigate WSN-based distributed H∞ filtering for a class of nonlinear networked systems which can be described by T-S fuzzy models. More specifically, the following issues are investigated in this project: (1) the H∞ filtering of networked fuzzy systems with multi-variable multi-rate sampling and the event-triggered transmission scheme, (2) the distributed H∞ filtering of networked fuzzy systems with multi-group identical-sensor multi-rate sampling, (3) the distributed H∞ filtering of wireless sensor networked systems with multi-rate sampling and dynamic topology. For these problems, some new criteria are derived for system performance analysis, and some co-design methods of the distributed filter and the event-triggered conditions are proposed. Finally, the proposed distributed filtering methods will be further improved by studying the state estimation of security situation for an overhead transmission line in a WSN environment. This project will not only enrich theories in the field of distributed filtering systems, but also provide some effective design approaches for their practical applications.
无线传感网络化分布式滤波系统以突出的信息获取和协作处理能力受到广泛关注。节点能量和网络带宽受限以及多传感器数据共享使得分布式滤波研究仍面临诸多挑战,这会带来多通道互异网络诱导特征、动态拓扑和多率采样数据融合等新问题。传统滤波理论无法满足这些系统的设计要求,亟需研究新的模型和理论来解决其滤波器设计问题。本项目针对T-S模糊模型表示的非线性系统,引入多率采样分类策略来确定数据融合方式,构造分布式自适应事件触发传输机制,并考虑多种不理想信道特征共存,分别研究:(1)具有多传感器多率采样和事件触发传输机制的网络化系统H∞滤波;(2)具有多组相同传感器多率采样的网络化系统分布式H∞滤波;(3)具有多率采样和动态拓扑的无线传感网络化系统分布式H∞滤波。进一步给出满足某些系统性能的分布式滤波器和触发条件的协同设计方法。通过应用于架空输电线路安全状况估计来改进上述滤波方案,为其实际应用提供有效的理论支撑。

结项摘要

分布式滤波\控制系统以突出的信息获取和协作处理能力受到广泛关注。考虑节点能量和网络带宽受限、恶意网络攻击及多传感器数据共享等挑战,本项目分别研究多率采样的线性或非线性系统的网络化事件触发滤波\控制、分布式滤波及分布式一致性控制等问题。主要研究成果包括:(1)首次设计一种连续的多传感器多率采样数据融合机制,其刻画了多传感器的分组采样策略,及多率采样数据和滤波器采样状态的匹配机制。考虑到多率采样数据的多个更新模态对系统性能的影响,提出基于多率采样数据的网络化跳变模糊滤波器和事件触发传输条件的协同设计方法;(2)构建一种带有固定切换率的双率采样切换观测器来估计被控对象的状态,提出一种新颖的能补偿双侧网络诱导时延和丢包的网络化事件触发预测控制的协同设计方法。进一步引入云端模拟攻击机制来补偿观测器和预测控制器所用的控制输入不一致情形,给出带有多组相同传感器多率采样的复合网络攻击下多智能体系统的云端预测控制的设计方法;(3)针对带有两类采样机制的多智能体系统,构建仅依赖于采样位置数据的两类时变增益观测器,分别给出相应的分布式一致性控制器的设计方法。所提方法允许不同智能体异步采样,且采样周期可在允许的期间内独立配置。(4)针对基于两类典型多率采样的分层结构的异构多智能体系统,考虑到邻居间动态补偿器的异步采样数据融合问题,引入部分数据开环预测机制,建立基于时滞输入的动态补偿器设计方法来匹配不同智能体控制输入,进而给出异构多智能体系统的输出一致性控制的设计方法。(5)提出一种非线性系统的状态估计器设计的分层判据。证明所提的估计判据的保守性随着B-L不等式中N的增大而降低。(6)从电力系统典型设备安全状况监测以及分布式电力信息网络易受恶意攻击等热点问题角度出发,分别提出拒绝服务攻击下多区域互联电力系统负荷频率模糊控制、及电厂锅炉三维重建和安全监测等方法。这些成果将服务电力生产过程的管控需求。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(5)
专利数量(5)
Event-Triggered Predictive Control for Networked Systems Based on a Dual-Rate Sampling Switched Observer
基于双速率采样切换观测器的网络系统事件触发预测控制
  • DOI:
    10.1109/access.2021.3089360
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chi Xiaobo;Zhang Yuan;Jia Xinchun
  • 通讯作者:
    Jia Xinchun
复合网络攻击下离散时间多智能体系统的云端预测控制
  • DOI:
    10.13451/j.sxu.ns.2019111
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    山西大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾新春;张媛;池小波;阮艺琳
  • 通讯作者:
    阮艺琳
基于自适应事件触发传输机制的分布式H_∞滤波
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1004-3918.2018.12.003
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    河南科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    池小波;孙楠;贾新春
  • 通讯作者:
    贾新春
拒绝服务攻击下多区域互联电力系统负荷频率控制
  • DOI:
    10.13451/j.sxu.ns.2021069
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    山西大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    池小波;张灵;贾新春;李宏鹏
  • 通讯作者:
    李宏鹏
On estimating neuronal states of delayed neural networks based on canonical Bessel-Legendre inequalities
基于典型贝塞尔-勒让德不等式估计延迟神经网络的神经元状态
  • DOI:
    10.1016/j.jfranklin.2020.06.020
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Journal of the Franklin Institute
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ma Xiuli;Liu Bo;Jia Xin-Chun
  • 通讯作者:
    Jia Xin-Chun

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其他文献

非线性网络化控制系统的鲁棒跟踪控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中北大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    池小波;王菡;贾新春
  • 通讯作者:
    贾新春
A new approach to stabilization of a class of nonlinear networked control systems
稳定一类非线性网络控制系统的新方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Zidonghua Xuebao/ Acta Automatica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑利红;贾新春;张大伟;池小波
  • 通讯作者:
    池小波
异步切换与随机时延影响的切换系统网络化控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    山西大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    池小波;常璐;贾新春
  • 通讯作者:
    贾新春
拓扑切换的多传感器网络化系统分布式H_∞滤波
  • DOI:
    10.19481/j.cnki.issn2096-398x.2018.01.030
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    陕西科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    池小波;张利利;贾新春
  • 通讯作者:
    贾新春
一种基于能量均衡的地理路由协议设计
  • DOI:
    10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2017.01.007
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    山西大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾新春;张俊丽;池小波
  • 通讯作者:
    池小波

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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