H ∞ {\displaystyle H\infty } -最優觀測器透過處理測量資料,對某些或所有內部工廠狀態進行穩健估計。穩健觀測器在工業中越來越受歡迎,因為即使在存在較大幹擾(如噪聲等)的情況下,它們也可以提供用於監控和診斷目的的狀態和引數估計。卡爾曼濾波器在這些情況下可能會失效。狀態觀測器是一個系統,它根據對實際系統輸入和輸出的測量值,提供對給定實際系統的內部狀態的估計。目標 H ∞ {\displaystyle H_{\infty }} -最優狀態估計是設計一個觀測器,使從 w 到 z 的閉環傳遞矩陣的 H ∞ {\displaystyle H_{\infty }} 範數最小化。
考慮具有狀態空間實現的連續時間廣義工廠 P {\displaystyle P}
x ˙ = A x + B 1 w , y = C 2 x + D 21 w {\displaystyle {\begin{aligned}{\dot {x}}&=Ax+B_{1}w,\\y&=C_{2}x+D_{21}w\\\end{aligned}}}
作為輸入所需的矩陣是 A , B 1 , B 2 , C 2 , D 21 , D 11 {\displaystyle A,B_{1},B_{2},C_{2},D_{21},D_{11}} .
觀測器增益 L {\displaystyle L} 要設計成使從 w 到 z 的傳遞矩陣的 H ∞ {\displaystyle H\infty } 最小化,由
T ( s ) = C 1 ( s 1 − ( A − L C 2 ) ) − 1 ( B 1 − L D 21 ) + D 11 {\displaystyle {\begin{aligned}T(s)=C_{1}(s1-(A-LC_{2}))^{-1}(B_{1}-LD_{21})+D_{11}\\\end{aligned}}}
最小化。觀測器的形式將是
x ^ ˙ = A x ^ + L ( y − y ^ ) , y ^ = C 2 x ^ {\displaystyle {\begin{aligned}{\dot {\hat {x}}}=A{\hat {x}}+L(y-{\hat {y}}),\\{\hat {y}}=C_{2}{\hat {x}}\\\end{aligned}}}
LMI: H ∞ {\displaystyle H_{\infty }} 最優觀測器[ 編輯 | 編輯原始碼 ]
該 H ∞ {\displaystyle H\infty } - 最佳觀測器增益透過求解 P ∈ S n x , G ∈ R n x × n y {\displaystyle P\in \mathbb {S} ^{n_{x}},G\in \mathbb {R} ^{n_{x}\times n_{y}}} 和 γ ∈ R > 0 {\displaystyle \gamma \in \mathbb {R} _{>0}} 來合成,這些引數使 ζ ( γ ) = γ {\displaystyle \zeta (\gamma )=\gamma } 最小化,受限於 P > 0 {\displaystyle P>0} 和
[ P A + A T P − G C 2 − C 2 T G T P B 1 − G D 21 C 1 T ⋆ − γ 1 D 11 T ⋆ ⋆ − γ 1 ] < 0 {\displaystyle {\begin{aligned}{\begin{bmatrix}PA+A^{T}P-GC_{2}-{C_{2}}^{T}G^{T}&&PB_{1}-GD_{21}&&C_{1}^{T}\\\star &&-\gamma 1&&{D_{11}}^{T}\\\star &&\star &&-\gamma 1\end{bmatrix}}<0\\\end{aligned}}}
該 H ∞ {\displaystyle H_{\infty }} -最佳觀測器增益透過 L = P − 1 G {\displaystyle L=P^{-1}G} 恢復,而 H ∞ {\displaystyle H_{\infty }} 範數為 γ {\displaystyle \gamma } .
設計 H ∞ {\displaystyle H\infty } - 最佳觀測器的 MATLAB 程式碼連結
https://github.com/Ricky-10/coding107/blob/master/HinfinityOptimalobserver