摘  要：在无线网络控制系统传统模型状态估计问题研究的基础上，对系统模型进行改进。在系统传感器与估计器之间建立多条通信信道，应用基于隐马尔可夫模型的标准卡尔曼滤波算法，模拟仿真多通信信道高效切换，分析在所述改进模型下，系统矩阵特征值与滤波器估计误差协方差矩阵敛散性之间的关系。MATLAB仿真实验结果验证了所述改进方法的合理性和可行性，具有一定的理论和实际意义。

关键词：无线网络控制系统;状态估计;卡尔曼滤波;数据包丢失;仿真

中图分类号：TP393.0     文献标识码：A

Improved State Estimation Method and Simulation of

Wireless Network Control System

LI Zihao

（School of Information Science and Technology， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

P1umH0@163.com

Abstract： This paper proposes to improve wireless network control system model based on research on the state estimation problem of the traditional model. Multiple communication channels between the system sensor and the estimator are established and standard Kalman filter algorithm based on the hidden Markov model is applied. Then， the efficient switching of multiple communication channels is simulated and relationship between system matrix eigenvalues and the convergence-and-divergence of filter estimation error covariance matrix under the improved model is analyzed. Results of MATLAB （Matrix & Laboratory） simulation experiment verify that the improved method proposed in this paper is rational and feasible， and has certain theoretical and practical significance.

Keywords： wireless network control system; state estimation; Kalman filter; packet loss; simulation

1   引言（Introduction）

随着通信技术、自动控制技术和计算机网络技术等学科技术的相互融合与渗透，利用一定形式的通信网络代替传统控制系统中“点对点”式的专线结构来连接被控对象、传感器、估计器、控制器和执行器等多个节点的网络控制系统（Networked Control Systems， NCSs）应运而生[1]。NCSs具有信息资源共享、系统布线简单、易于扩展和维护、增加系统灵活性和可靠性等优点，在自动控制领域和工业生产行业得到越来越多的研究与应用[2-4]。

近几十年来，随着无线通信技术的飞速发展，无线网络控制系统（Wireless NCSs， WNCSs）逐渐成为新的研究对象。典型的WNCSs结构如图1所示。

2  WNCSs的优缺点及研究内容（Advantages， disadvantages and research content of WNCSs）

WNCSs在继承和增强NCSs优点的基础上，还具备成本低、系统部署安装和维护方便以及移动性和拓展性更强等优势[5-6]，因而被广泛应用于工业自动化、航空航天以及远程控制等领域。

虽然WNCSs具有很多优点，但是由于引入了无线通信网络，许多新的问题随之产生。……