[發明專利]一種低故障診斷精度要求的長時延網絡控制系統容錯控制方法

有效

• 申請號: 201410166154.8
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103941724B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 徐啟華;韓磊;孟嬌;劉瑞明;肖曉;張敏
• 申請（專利權）人: 淮海工學院
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G05B13/04
• 代理公司: 連云港潤知專利代理事務所32255
• 代理人: 王彥明

技術領域

?本發明涉及一種執行器和系統控制領域，具體一種涉及低故障診斷精度要求的長時延網絡控制系統容錯控制方法。

背景技術

故障檢測與診斷技術（Fault?Detection?and?Diagnosis，簡稱FDD）是提高復雜控制系統的可靠性和安全性的一個重要途徑，包括故障檢測、故障分離和故障辨識，即要求系統FDD單元能夠檢測故障發生與否、故障類型、故障所在位置以及故障大小。FDD單元只有對故障具有良好的敏感性，并具有很高的故障辨識精度，才能保證生產的安全可靠。

所謂容錯控制，就是在控制系統中，當執行器、傳感器或其他元部件發生故障時，閉環控制系統仍然是穩定的，并具有較理想的動態特性，具有以上功能的閉環控制系統稱為容錯控制系統。

所謂網絡控制系統（Networked?Control?System簡稱NCS）是指通過網絡形成的反饋控制系統，其具有系統結構復雜、空間分布廣、實現方式及維護簡單快捷、系統性能要求高等特點。

網絡控制系統中往往含有大量的執行器和傳感器，在系統運行中，不可避免的某些元件會發生故障，采用容錯控制方法可有效避免元件發生故障對系統性能產生的不利影響。

目前對容錯控制的研究多采用一種“極端”方式，即將執行器和傳感器的故障形式分為兩種：完全失效和完全正常，這樣雖然簡化了理論推導且易于理解，但執行器和傳感器故障多為一種不完全失效的表現形式，因此這種方法仍然具有較大的片面性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提出一種低故障診斷精度要求的長時延網絡控制系統容錯控制方法。該方法用于長時延網絡控制系統容錯控制，不僅能夠適用于執行器和傳感器完全失效和完全正常的兩種形式，還能夠適用于執行器和傳感器不完全失效的形式，具有比較全面的適用性。

????本發明要解決的技術問題是通過以下技術方案實現的。本發明是一種低故障診斷精度要求的長時延網絡控制系統容錯控制方法，其特點在于，包括如下步驟：

步驟一，根據實際長時延網絡控制系統的具體特征，建立其一般離散模型，然后將一般離散模型轉化為相應的增廣模型；

步驟二，將系統中個執行器的故障增益劃分為若干個增益段，并由長時延網絡控制系統的FDD單元確定當前各執行器的故障增益，提取出與該FDD單元所對應的增益段的上、下限值，根據步驟一中的增廣模型，建立起該系統執行器部分失效的故障模型；

????步驟三，根據Lyapunov穩定性定理第二法和步驟二所得的故障模型，得到能使系統具有良好容錯能力的條件表達式；

步驟四，將步驟二所得增益段的上、下限值和步驟一中增廣模型的參數代入到步驟三所得的條件表達式中，并使用MATLAB中的LMI工具箱得到能使系統具有良好容錯能力的狀態轉移矩陣K；

假設系統的網絡誘導時延τ<kT，其中T為系統采樣周期，k為正整數，則在一個采樣周期[hT,(h+1)T]內加到控制對象的控制輸入u(t)分段連續且最多有k+1個不同的值。所述步驟一中的長時延網絡控制系統一般離散模型為：

式中：?、、為適維矩陣；?、為系統的狀態向量；為系統的輸出向量；，i=0,1，…，k為系統的控制輸入向量。

將長時延網絡控制系統一般離散模型轉化為長時延網絡控制系統的增廣模型，增廣模型為：

式中：；；；，其中，為系統狀態轉移矩陣；、為系統增廣狀態向量；、、為適維矩陣。

????本發明低故障診斷精度要求的長時延網絡控制系統容錯控制方法的技術方案中，進一步優選的技術方案特征是，步驟二中所述的各執行器故障增益的增益段通過矩陣表示為，其中為第個執行器的故障增益，將每個執行器的故障增益劃分成若干段，令其所在故障增益段的上、下限值分別為、，則有：，當第個執行器完全失效時，，當第個執行器完全正常時，。假設：

?

則矩陣可表示為。

由此，再結合步驟一中的增廣模型，所述步驟二中的執行器部分失效的長時延網絡控制系統故障模型為：

????本發明低故障診斷精度要求的長時延網絡控制系統容錯控制方法的技術方案中，進一步優選的技術方案特征是，步驟三所述的Lyapunov穩定性定理第二法中，選取Lyapunov函數為：，其中均為正定對稱矩陣。經過理論推導可知：若存在狀態轉移矩陣、、，使得成立，則該長時延網絡控制系統對執行器不完全失效故障具有良好的容錯性能，其中：

式中：。