1.非线性系统分布式安全状态估计方法,其特征在于,包括:获取非线性系统的动态模型和局部测量信息;
根据动态模型和局部测量信息建立不可观测子空间和可观测指标;
基于不可观测子空间和可观测指标对动态模型进行卡尔曼分解,得到可观测模型;
通过构建好的未知输入观测器观测所述可观测模型得到局部可观测状态;
将所述局部可观测状态和所述动态模型输入到构建好的分布式安全状态估计器,得到非线性系统中系统状态运行值,完成安全状态估计;
所述根据动态模型和局部测量信息建立不可观测子空间和可观测指标,包括:将动态模型中的系统矩阵和局部测量信息中的观测矩阵构成一个观测矩阵对,利用观测矩阵对构建不可观测子空间,并定义向量基Vi={vi1,…, vin},Vi表示第i簇传感器对应的向量基,i=1,…,N,N是传感器簇数,n表示向量基的维度,使不可观测子空间能够由向量基生成;
所述可观测指标用于判断非线性系统中的状态元素是否能够被观测到,表达式为:;
其中, 是可观测指标,vil是向量基Vi中的第l个向量,l=1,…,n,Ui是不可观测子空间;若 表明该可观测指标对应的状态元素 能够被局部测量信号观测到,其中,是Wi中的行向量,x表示系统状态, ,Wi是Vi的逆矩阵,wi1,…, win是Wi中的向量,T为转置;
所述动态模型的表达式为:
;
其中, 表示系统状态对时间的导数,A是系统矩阵,x(t)是n’维系统状态向量,x(t)n’ n’∈R ,R 是n’维实数列向量集合,n’= n,B是控制系统矩阵,u(t)是p维控制输入向量,u(t)p∈R , 是非线性函数;
所述局部测量信息的表达式为:
;
其中,yi(t)是第i簇传感器的测量输出向量, , 是m维实数列向量集合,Ci是观测矩阵, 表示发生在第i簇传感器上的攻击信号, ;
所述可观测模型的表达式为:
;
其中, 表示局部可观测状态对时间的导数, , Azi是局部可观测系统矩阵, ,zi(t)是局部可观测状态, ,Bzi是局部控制系数矩阵, 是所述非线性函数解耦得到的局部可观测的李普希茨非线性,是所述非线性函数解耦得到的未知输入,其中 和 通过以下方法得到:在所述向量基中,选择oi列vil满足vil∉Ui构成矩阵 ,选择oi行 满足 构成矩阵,且满足 ,oi是局部可观测状态个数, 是非奇异变换矩阵, 是 的逆矩阵,Ioi表示维数为oi×oi的单位矩阵。
2.根据权利要求1所述的非线性系统分布式安全状态估计方法,其特征在于,所述未知输入观测器的表达式为:;
其中, 表示未知输入观测器状态对时间的导数,Ri是第一增益矩阵,Ti是第二增益矩阵,Ki是第三增益矩阵,Hi是第四增益矩阵,ξi是未知输入观测器状态,yi是局部测量信息,是非线性局部观测函数, 是局部可观测状态的估计值。
3.非线性系统分布式安全状态估计系统,其特征在于,包括:数据获取模块:用于获取非线性系统的动态模型和局部测量信息;
空间构建模块:用于根据动态模型和局部测量信息建立不可观测子空间和可观测指标;
模型分解模块:用于基于不可观测子空间和可观测指标对动态模型进行卡尔曼分解,得到可观测模型;
状态观测模块:用于通过构建好的未知输入观测器观测所述可观测模型得到局部可观测状态;
状态估计模块:用于将所述局部可观测状态和所述动态模型输入到构建好的分布式安全状态估计器,得到非线性系统中系统状态运行值和各智能体的状态估计曲线,完成安全状态估计;
所述空间构建模块根据动态模型和局部测量信息建立不可观测子空间和可观测指标,包括:将动态模型中的系统矩阵和局部测量信息中的观测矩阵构成一个观测矩阵对,利用观测矩阵对构建不可观测子空间,并定义向量基Vi={vi1,…, vin},Vi表示第i簇传感器对应的向量基,i=1,…,N,N是传感器簇数,n表示向量基的维度,使不可观测子空间能够由向量基生成;
所述可观测指标用于判断非线性系统中的状态元素是否能够被观测到,表达式为:;
其中, 是可观测指标,vil是向量基Vi中的第l个向量,l=1,…,n,Ui是不可观测子空间;若 表明该可观测指标对应的状态元素 能够被局部测量信号观测到,其中,是Wi中的行向量,x表示系统状态, ,Wi是Vi的逆矩阵,wi1,…, win是Wi中的向量,T为转置;
所述动态模型的表达式为:
;
其中, 表示系统状态对时间的导数,A是系统矩阵,x(t)是n’维系统状态向量,x(t)n’ n’∈R ,R 是n’维实数列向量集合,n’= n,B是控制系统矩阵,u(t)是p维控制输入向量,u(t)p∈R ,f(x(t))是非线性函数;
所述局部测量信息的表达式为:
;
其中,yi(t)是第i簇传感器的测量输出向量, , 是m维实数列向量集合,Ci是观测矩阵, 表示发生在第i簇传感器上的攻击信号, ;
所述可观测模型的表达式为:
;
其中, 表示局部可观测状态对时间的导数, , Azi是局部可观测系统矩阵, ,zi(t)是局部可观测状态, ,Bzi是局部控制系数矩阵, 是所述非线性函数解耦得到的局部可观测的李普希茨非线性,是所述非线性函数解耦得到的未知输入,其中 和 通过以下方法得到:在所述向量基中,选择oi列vil满足vil∉Ui构成矩阵 ,选择oi行 满足 构成矩阵,且满足 ,oi是局部可观测状态个数, 是非奇异变换矩阵, 是 的逆矩阵,Ioi表示维数为oi×oi的单位矩阵。
4.非线性系统分布式安全状态估计装置,其特征在于,包括处理器及存储介质;
所述存储介质用于存储指令;
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1至2任一项所述方法的步骤。
5.计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1至2任一项所述方法的步骤。