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生産システムの異常診断入門System Check

第66回 カルマンフィルタ

カルマンフィルタ(kalman filter)

カルマンフィルタは次の仮定のもとで、状態を最適に推定する方法である。

<仮定>

(1)システムが次のような線形常微分方程式で記述されている。

%e5%bc%8f8%e3%83%bb1

ここで、x(t):n次元状態ベクトル、y(t):m次元出力ベクトル、
u(t):s次元入力ベクトル、x0:初期値、v(t):m次元観測ノイズ、
w(t):n次元システムノイズ、A,B,C:上で定義したベクトルと
矛盾しない次元の行列であり、
行列A,B,Cの要素の値はすべてわかっている。初期値x0は未知。

(2)入力u(t)、出力y(t)が観測されている。

(3)システムノイズw(t)、観測ノイズv(t)の統計的性質は
すべてわかっている。

(4)システムが可観測である。可観測であるとは
%e5%bc%8f8%e3%83%bb2

であることである。カルマンフィルタによる状態の測定値を とすると、
カルマンフィルタは、次の評価関数

%e5%bc%8f8%e3%83%bb3

を最小にするように を推定する。式(8・3)は最適性の規範である。
行列A、B、Cは必ずしも定数行列である必要はなく時間tの関数でもよい。
カルマンフィルタは常微分方程式で記述される。

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