基于随机发生不完全信息的保概率性能分析与综合

In the case of the development of complex engineering (i.e. aerospace) fusing intelligentization and informationization, it is a pressing requirement on probability-guaranteed analysis and synthesis due to the powerlessness of traditional performance indexes. For this purpose, a uniform framework of information models will be established with the help of the clearly physical mechanism on communication protocols and network-induced phenomena. Then, in light of the idea on engineering tolerance for faults, various probability-guaranteed performance indexes will be developed to match up with practical engineering requirements. By improving some existing approaches via stochastic analysis and nonlinear theory, some new analysis and design theories are established in order to overcome the difficulty coming from the considered performance in probability. Base on such theory frameworks, some novelty co-design schemes on network parameters and controller (filter) gain are provided to guarantee simultaneously the requirements of network QoS and system performance. At the same time, the relationships are revealed among the network factors (communication protocols, network-induced phenomena, cyber attacks) and the prescribed probability of performance indexes. This project will open up a new research area on probability-guaranteed analysis and synthesis with randomly occurring incomplete information, will try to improve and complete the theory framework on stochastic nonlinear control systems, and therefore, the results obtained have high theoretical value and wide application prospects.

在智能化、信息化深入渗透与融合，航空航天等复杂工程相继建设的大趋势下，传统的系统性能评价体系捉襟见肘，彰显了受限概率分析与综合理论研究的紧迫性。本项目首先从全局视角出发分析通信协议、网络诱导现象之间的物理机理，构建符合工程实际的统一信息模型；然后，融合工程上对实际系统异常可容忍程度的思想，设计符合工业系统需求的各种受限概率性能指标；进而，以随机分析和非线性系统理论为基础，突破现有分析理论的制约，建立能够应对受限概率分析挑战的系统分析与设计理论，发展更深层次的符合“网络服务质量与系统性能评价”协同控制策略与技术框架；于此同时，实现“网络要素-受限概率性能”的定量刻划，揭露网络要素与性能指标的期望概率等因素之间的耦合关系。本项目将致力于开辟随机不完全信息下受限概率性能分析新领域，力图从理论与技术层面上完善随机非线性控制系统的理论体系，其研究成果具有较高的理论价值和广泛的应用前景。

本项目考虑不完全信息情形下随机非线性系统的受限概率控制与滤波问题。结合工程实际，应用随机分析、输入到状态稳定、非线性随机系统理论等数学工具，建立能应对受限概率问题分析的理论体系。在此基础上揭露出描述复杂系统内在特征因子与性能指标受限概率之间的关系，发展便于工程应用的控制器/滤波器参数协同设计算法。.具体地，针对非线性时变随机系统，提出了量测异常下的具有饱和约束的概率约束滤波算法以及事件触发下的具有状态约束的概率约束滤波算法。其一、通过引入自适应饱和函数来减轻量测异常值对滤波效果的影响，采用可根据实际需要进行调整触发参数降低通信负担。其二、利用改进的多维切比雪夫不等式解决了概率约束的挑战，得到了概率约束滤波器存在的充分条件，并借助于递归优化算法获得了滤波器增益的解析表达式。.其次，提出了含有被篡改新息情况下的保概率分布式状态估计算法以及新息受约束的非线性系统的分布式滤波算法。其一、提出了一种利用神经网络来逼近未知的被篡改的新息的方法。在此基础上，可以一体化地设计神经网络权值矩阵的调优参数和满足概率化椭球约束的估计器参数值。其二、设计了饱和机制对传输新息进行约束，且阈值可以根据新息自适应调节，以减小新息在不同节点间进行传输时可能出现的异常数据的影响。.再者，提出了带误码的二进制编码下离散时间多智能体系统的一致性控制算法及其具有数据隐私保护约束的多智能体系统的容错一致控制算法。其一、揭示了由二进制编码引起的量化误差和随机比特误差的统计特性。然后，借助于里卡蒂不等式的可解性，分别得到在相同的误码率以及不相同的误码率两种情况下保证无向通信拓扑下的均方有界一致性的充分条件。特别地，对于具有相同误码率的单输入情形，发现了一个充要条件从而揭露了误码率与一致性之间的内在耦合关系。.在本项目的资助下，共发表高水平SCI学术论文40篇，培养研究生13名。项目的成果从理论与技术层面上完善随机控制与滤波的理论体系，其研究成果具有较高的理论价值和广泛的应用前景。