滚动时域估计

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滚动时间域估计 (MHE) 是一种优化方法,它使用随时间观察到的一系列测量值,包含噪声(随机变化)和其他不准确性,并产生未知变量或参数的估计值。与确定性方法不同,MHE 需要一种迭代方法,该方法依赖于线性规划或非线性规划求解器来找到解决方案。 MHE 在一定的简化条件下简化为卡尔曼滤波器。对扩展卡尔曼滤波器和 MHE 的关键评估发现,MHE 以增加计算费用为代价提高了性能。由于计算开销大...
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简介

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滚动时间域估计 (MHE) 是一种优化方法,它使用随时间观察到的一系列测量值,包含噪声(随机变化)和其他不准确性,并产生未知变量或参数的估计值。与确定性方法不同,MHE 需要一种迭代方法,该方法依赖于线性规划或非线性规划求解器来找到解决方案。

MHE 在一定的简化条件下简化为卡尔曼滤波器。对扩展卡尔曼滤波器和 MHE 的关键评估发现,MHE 以增加计算费用为代价提高了性能。由于计算开销大,MHE 通常应用于具有更多计算资源和中等至慢速系统动态的系统。然而,在文献中有一些方法可以加速这种方法。

概览

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MHE 的应用通常是估计动态系统的测量或未测量状态。模型中的初始条件和参数由 MHE 调整以对齐测量值和预测值。MHE 基于过程模型和测量的有限范围优化。

在时间 t,对当前过程状态进行采样,并针对过去相对较短的时间范围计算最小化策略(通过数值最小化算法):[ t − T , t ] {\displaystyle [t-T,t]} 。

具体来说,在线或即时计算用于探索状态轨迹,这些状态轨迹找到(通过欧拉-拉格朗日方程的解)目标最小化策略,直到时间 t {\displaystyle t} 。仅使用估计策略的最后一步,然后再次对过程状态进行采样,并从时移状态开始重复计算,从而产生新的状态路径和预测参数。估计范围不断向前移动,因此该技术称为移动范围估计。虽然这种方法不是最优的,但在实践中,与卡尔曼滤波器和其他估计策略相比,它已经给出了非常好的结果。

MHE原理

滚动时间域估计 (MHE) 是一种多变量估计算法,它使用:

  • 过程的内部动态模型
  • 过去测量的历史和
  • 估计范围内的优化成本函数 J,

计算最佳状态和参数。

不违反状态或参数约束(低/高限制)

滚动时域估计

滚动时间域估计使用滑动时间窗口。在每个采样时间,窗口向前移动一步。它通过分析测量的输出序列来估计窗口中的状态,并使用窗口外的最后估计状态作为先验知识。

应用

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词条目录
  1. 简介
  2. 概览
  3. MHE原理
  4. 应用

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