新型UKF在非线性系统执行器故障估计中的应用

针对扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)算法使用受限,粒子滤波算法动态跟踪能力差、易产生退化,单一无先导扩展卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法滤波精度低等缺陷,根据极大后验(maximum a posterior,MAP)估计原理,设计了一种带限定...     

时变系统的Laguerre模型辨识及设计变量（2） ——Kalman滤波法

文章考虑动态线性系统的时变参数是平稳的AR（1）变量，系统为时变的Laguerre模型时的传递函数估计的均方误差（MSE）。在缓慢时变和高阶模型下，利用Kalman滤波算法，得到MSE的近似表达式。最后得到了Kalman滤波算法的设计变量的最优解。     

矿井防尘供水管网水力水质模拟实现方法与应用

水力水质模型构建及模拟是研究供水管网性能的重要手段. 为了实现在MATLAB环境中调用EPANET水力水质计算引擎,研究矿井防尘供水管网水力水质特征,实现并对比分析了两种有效的EPANET-MATLAB对接方法,并基于其中面向对象的数据结构调用方式混合编程,构建了矿山井下防尘供水管网水力水质模型;结合防尘管网日用水需求,对水力工况和水龄分布分别进行了24h和48h动态模拟. 研究表明:使用EPANET-MATLAB Toolkit的混合编程更加灵活、高效,是进行水力水质模拟与分析的有效途径;防尘供水管网用水具有周期性,呈现明显的高峰和低峰时段;用水节点的水压变化范围约为1.5~5.5MPa,其变化规律与用水量变化呈负相关;水龄变化也具有日周期性的特点,不同用水节点的水龄呈现不同的波动特征;用水节点距离水源越远,其水龄相对较大,所有用水节点的水龄都在15h以内.     

带未知时变噪声的非线性系统卡尔曼滤波器算法研究

针对带有未知时变噪声的非线性系统的状态估计问题，详细研究了基于有限差分和未知时变噪声估计器的扩展Kalman滤波器算法。仿真结果发现，该算法具有滤波精度高，数值计算稳定等优点，但系统状态估计对初始误差较敏感。     

基于低偏差序列的矿井供水管网可靠性

综合考虑管网水力可靠性的影响因素,结合节点和管网整体2个方面确定管段管径、管长、故障率、修复时间以及节点用水量作为评价指标,建立矿井供水管网可靠性评价模型。运用管网平差软件EPANETH进行水力模拟得到各管段故障情况下的节点实际可用水量,然后采用低偏差序列代替伪随机序列的拟蒙特卡罗法仿真模拟求得各节点的可靠度,再以节点需水量占管网总流量的比例为权值,求得整个管网的水力可靠度。研究结果表明:采用该评价模型可确定管网中可靠性较低的节点和对管网水力可靠性影响较大的管段,该计算方法可作为管网优化设计的参考。     

基于平方根UKF的伪卫星动态跟踪定位算法

为了解决传统Kalman滤波在处理非线性系统时的局限性,以及扩展Kalman滤波（EKF）在处理强非线性系统时发散性和精度较差的问题,结合动态导航系统中的目标跟踪定位问题,在不敏Kalman滤波（UKF）算法的基础上,提出了一种基于平方根UKF的动态跟踪定位算法,在递推运算过程中采用协方差矩阵的平方根代替传统算法计算过程中的协方差矩阵。MATLAB仿真结果表明,平方根UKF算法的精度比EKF提升了54.7%,比UKF提升了14.8%。所提出的算法解决了Kalman处理非线性系统的局限性以及传统EKF和UKF算法精度不高的问题,为伪卫星系统的高精度定位研究提供了有力支撑。     

电力系统动态状态估计算法研究

为了提高电力系统动态状态估计的估计精度和收敛速度,引入一种解决非线性滤波问题的新型粒子滤波算法——混合卡尔曼粒子滤波器(Mixed Kalman Particle Filter,MKPF)。该算法采用扩展卡尔曼滤波器(EKF)与无迹卡尔曼滤波器(UKF)混合作为建议分布,得到一种更接近真实分布的近似表达式。仿真算例将MKPF与EKF和UKF进行了对比,比较结果证明在电力系统受到扰动之后,MKPF算法能够快速地收敛于真实值,且具有比EKF与UKF更高的估计精度和稳定性,达到了在线准确估计的要求。     

基于水龄熵的矿井防尘供水管网可靠性研究

为及时掌握矿井防尘供水管网性能状态,保障矿山井下综合防尘设施的正常运行,综合考虑防尘供水管网水力工况及其结构,基于信息熵和水力水质动力学机理,将水龄评价指标与路径流量相结合,推导水龄熵公式,构建基于水龄、流量和拓扑结构的矿井防尘供水管网的动态可靠度评价模型;并基于MATLAB编程平台,调用EPNAET动态水力水质模拟引擎,联合求解可靠度模型。研究结果表明:在48 h动态模拟时段内,防尘管网平均系统可靠度为0.180 3,说明管网可靠性还有较大提升空间;由于井下用水需求的实时变化,不同时段内各节点的可靠度分布较为离散,且与用水量不呈明显线性关系;整体上,管网系统可靠度同矿井总用水量变化趋势呈现较强正相关,具有日周期性,Pearson相关系数为0.814。增加多路径节点和环状结构,可以有效提高管网的可靠性。将评价模型应用于开滦集团某煤矿井下防尘供水管网系统,验证了所构建模型的合理性和可行性。     

自适应UKF算法及其在GPS/INS组合导航中的应用

提出了一种自适应无迹Kalman滤波(UKF)算法.针对UKF受初始值误差和动力学模型异常扰动误差影响的问题,将自适应估计原理引入到UKF算法,将动力学模型信息对导航解的贡献进行合理调整.计算结果表明,在GPS/INS松组合导航系统数据处理时,UKF算法略优于扩展Kalman滤波(EKF),自适应UKF算法优于自适应EKF算法,自适应UKF算法能够很好地抑制动力学模型误差对导航解的影响,进一步提高导航解的精度和可靠性.     

基于改进扩展卡尔曼滤波的爬架运行安全姿态估计

为了实时准确的获取爬架运行时的姿态信息,提出了一种基于改进Sage-Husa扩展卡尔曼滤波算法（ISHEKF）的爬架姿态估计方法。首先建立了爬架姿态估计模型,然后在扩展卡尔曼滤波（EKF）对传感器进行融合滤波时,加入Sage-Husa扩展卡尔曼算法（SHEKF）对时变噪声进行调节,再以协方差匹配技术对Sage-Husa进行滤波发散判定,通过在调节因子中引入爬架实时运动速度,改进滤波发散判定依据,从而满足爬架运行时高精度的滤波要求。实验结果表明：静态实验中以横滚角为例,ISHEKF的最大误差较SHEKF减少了21.9%,较EKF最大误差减少了70.8%;动态实验中ISHEKF表现出更好的稳定性和滤波精度,能够准确反映爬架运行的状态变化。     

地震时城市供水管网水力特性分析

研究地震导致渗漏的供水管网的水力特性,考虑节点流量随节点水压的动态变化,构建地震导致渗漏的供水管网水力模型.基于EPANET计算管网节点实际流量和水压,评价供水管网水力特性.案例分析表明,构建的模型和提出的水力计算方法是可行的,为城市供水管网抗震防灾管理提供借鉴.     

基于Kalman滤波的无线传感器网络多目标跟踪

设计无线传感器网络多目标跟踪系统,分析系统跟踪性能的影响因素,提出基于单点观测的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法和基于Kalman滤波算法预测功能的节点自适应调度策略,并引入多种事件辅助机制。实验结果表明,该算法和调度策略能够实现多目标实时跟踪,且具有减少计算量、缩短测量周期、降低能量消耗、提高跟踪精度等优点。     

基于蚁群优化FEKF算法的汽车状态估计

针对汽车状态估计过程中观测噪声时变问题,提出一种双重迭代自适应滤波算法—蚁群优化模糊逻辑扩展卡尔曼滤波(FEKF)算法.建立考虑Fiala轮胎模型的汽车二自由度非线性动力学模型,利用模糊逻辑对扩展卡尔曼滤波(EKF)算法估计过程中的观测噪声水平进行在线修正,同时引入蚁群优化算法对模糊逻辑中的输入输出隶属度函数进行优化,得到的双重迭代算法对处理强时变观测噪声水平下滤波估计过程具有很强的自适应性.最后通过建立虚拟仿真试验来验证该蚁群优化FEKF新算法的估计精度,结果显示,蚁群优化FEKF算法相比较于FEKF算法估计精度更高,鲁棒性更强.     

基于SCKF的4旋翼无人机的姿态估计

获得准确的姿态角对于无人机的控制来说是十分重要的.考虑到平方根容积卡尔曼滤波算法(square-root cubature Kalman filter,SCKF),既能够克服扩展卡尔曼滤波(EKF)方法因线性化带来的误差,具有更好的非线性滤波功能,又在传统容积卡尔曼滤波方法中加入了平方根技术,从而能够有效提高数值计算的稳定性,并降低了算法的复杂度.该文将SCKF算法应用于4旋翼无人机的姿态估计中,提出了一种新的4旋翼无人机的姿态估计方法,并进行了仿真实验.实验结果表明:该方法相比传统的EKF方法滤波精度更高,相比较传统的容积卡尔曼滤波(CKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)方法计算时间更短.     

基于渐消Kalman滤波的MIMO-OFDM信道估计

针对快时变信道明显的频率选择性,提出了采用Kalman渐消记忆滤波的估计方法.信道采用AR模型建模,并利用LS算法估计时变信道的衰减因子.仿真表明:快时变环境下,所提算法的估计性能优于LS信道估计和传统的Kalman滤波算法估计.     

动力锂电池荷电状态的联合估计与实验研究

针对动力锂电池常用的荷电状态(SOC)估计算法存在的扩展卡尔曼滤波法精度低、无迹卡尔曼滤波法收敛速度慢等问题,在动力锂电池的Randles等效模型的基础上,通过脉冲放电实验对模型参数进行辨识;并设计了一种基于迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)与无迹卡尔曼滤波(UKF)联合估计的SOC估计法。在电池实验平台上设计模拟工况实验,实验分析表明:该算法的SOC初值修正速度快于EKF和UKF,计算量比UKF小,且稳态误差不超过1.5%,相对扩展卡尔曼滤波(EKF)提高了40%,是一个收敛快、计算量少、静差小的迭代估计算法。     

非线性滤波算法在水下导航定位技术中的应用分析

针对自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)导航定位技术的发展需求,提出了水下目标的3种非线性滤波估计方法.首先,分别介绍了扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)、无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)和粒子滤波(particle filter, PF)的基本原理和实现步骤.其次,针对PF算法存在粒子退化现象,提出了重采样算法,并通过数值仿真验证该算法的有效性.然后,为了解决PF算法中粒子贫化现象,提出了一种基于萤火虫算法的粒子滤波算法(FA-PF).最后,在非线性环境下通过仿真实验对EKF、UKF、FA-PF算法的滤波性能进行对比分析,重点研究非线性强度及噪声特性对估计精度的影响.研究结果表明：重采样能够在一定程度上减轻粒子退化问题.在弱非线性高斯环境下,EKF、UKF、FA-PF算法的估计精度较为接近;在强非线性高斯环境下,UKF和FA-PF算法的跟踪性能明显优于EKF;在非线性非高斯环境下,FA-PF算法跟踪精度最高.     

一种基于改进卡尔曼滤波的姿态解算算法

针对多传感器融合姿态解算精度不高的问题,本文提出一种改进的卡尔曼滤波算法,即高阶线性互补滤波与扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)相结合的融合算法。该数据的融合是基于加速度计、陀螺仪传感器频率特性和姿态角的微分方程建立的系统模型,将互补滤波的姿态角数据作为该系统模型的观测值,利用EKF算法对加速度计、陀螺仪、磁力计进行数据融合。高阶的互补滤波和EKF的融合算法能够有效的解决陀螺方向的估计偏差,为了证明该算法的可行性,用搭载IMU(InertialSmeasurementSunit)模块的四旋翼飞行器进行了动态和静态的实验,分析对比了最新导航算法、经典卡滤波算法和该融合算法滤波的效果。实验结果表明：本文提出的高阶无源线性互补滤波和EKF相结合的融合算法,无论在静态还是动态的实时性情况下,都能很明显的去除噪声和抑制姿态角的漂移,且提高了姿态角的精度。     

基于Generalized Kalman Filter的VaR估计

在应用Kalman Filter方法估计时变风险β系数的基础上,引入Generalized Kalman Filter方法来估计时变卢系数,再通过Sharp对角线模型计算投资组合的VaR,并运用Backtesting检验判断两方法估计VaR的精确度.     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

供水管网地震过程中往往会遭到不同程度的破坏,以震后管线破坏状态模拟为基础,对带渗漏管网进行水力分析,进而评价其服务性能.在渗漏管网流分析时,引入节点配水量和节点压力的函数关系,结合中国点式渗漏模型,通过求解非线性方程组,得到震后管网节点的供水量和节点压力.该方法在传统的管网水力计算基础上,考虑节点流量随水压的动态变化,避免了负的压力计算值的产生.以一实际管网为例,介绍了震后供水管网功能分析的应用方法.