[發明專利]一種非線性網絡控制系統的故障診斷方法

有效

• 申請號: 201410166169.4
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103941725B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 徐啟華;孟嬌;韓磊;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
• 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

本發明屬于計算機網絡技術領域，涉及一種網絡控制系統，特別涉及一種非線性網絡控制系統的故障診斷方法。

背景技術

網絡控制系統(Network Control System)是指控制系統的傳感器到控制器和控制器到執行器之間通過網絡連接。相較于傳統的控制系統模式，這種網絡化控制模式具有信息資源能夠共享、高效率、高可靠性等優點，是未來控制系統的發展模式。由于網絡傳輸的復雜性，在實際工程應用中，對NCS的安全性、可靠性的要求比一般系統要高。因此，對NCS的故障診斷方法的研究顯得更加迫切。

現有的網絡控制系統的研究還主要集中在對系統數學模型的建立、網絡傳輸性能分析以及穩定性分析等方面。相對來說對網絡控制系統發生故障診斷時的研究則很少。對非線性網絡控制系統的故障診斷研究尤其很少涉及，更不用說是對具有數據丟包的模型不確定非線性網絡控制系統來說了。原因在于非線性控制系統本身及其復雜，研究起來會相當困難，再加上有網絡的加入，使非線性的網絡控制系統分析起來更有難度。但值得一提的是，非線性的控制系統在現實生活中是普遍存在的，說的更確切的是，我們日常接觸到的控制系統都是非線性的，只是為了控制的方便，學者們將非線性的被控對象等價為相應的線性系統，便于對其進行分析和控制。換句話就是說，線性只是非線性在特定條件下的特殊表現形式。非線性的網絡控制系統在當今的社會應用非常廣泛，如中國日益騰飛的航空航天事業、軍工系統、機器人研發和蒸蒸日上的汽車產業等等。所以對非線性的網絡控制系統的故障診斷的研究非常重要，如果這些系統發生故障又沒有及時被發現和排除，后果則不堪設想。

如附圖1所示的非線性網絡控制系統，控制系統的被控對象為非線性的，且是模型不確定和具有狀態時滯的，系統在傳感器和控制器之間可能存在數據丟包現象。現有的對非線性網絡控制系統故障診斷方法還僅僅集中在用T-S模糊模型來逼近被控對象，設計模糊觀測器，并給出系統誤差穩定性的條件。如艾強玉利用描述非線性系統輸入輸出關系的‘if-then’模糊規則將原非線性模型在工作點處進行局部線性化，再將這些線性模型進行加權組合來擬合原非線性模型。在模糊模型的基礎上，按照線性系統的方法，建立起模糊觀測器對非線性的網絡控制系統進行故障診斷。現有的對非線性網絡控制系統故障診斷方法對故障敏感度和對數據丟包的魯棒性都不強，不能很好地完成對模型不確定的非線性網絡控制系統的相關故障診斷工作。

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，提出一種非線性網絡控制系統的故障診斷方法。該方法能夠大大提高對非線性網絡控制系統故障的診斷敏感度和數據丟包的魯棒性，能夠很好地完成對模型不確定的非線性網絡控制系統的相關故障診斷工作。

本發明要解決的技術問題是通過以下技術方案實現的。本發明是一種非線性網絡控制系統的故障診斷方法，其特點是，包括如下步驟：

步驟一：設定非線性網絡控制系統的離散模型，該離散模型能夠體現非線性網絡控制系統的狀態時滯和離散模型自身的不確定性特點；

步驟二：針對步驟一中的離散模型，得到用于檢測具有數據丟包的非線性網絡控制系統的魯棒故障檢測濾波器；

步驟三：根據步驟一中的離散模型，設置增廣向量，結合增廣向量和離散模型得到殘差動態系統，利用Lyapunov穩定性理論生成殘差動態系統；

步驟四：根據殘差動態系統均方穩定的條件，得到魯棒故障檢測濾波器的增益矩陣L和殘差權重矩陣R；

步驟五：根據所得的增益矩陣L和殘差權重矩陣R的結果，得到系統的殘差曲線圖，通過系統的殘差曲線圖判斷非線性網絡控制系統是否發生了故障；

其中，步驟一中所述的非線性網絡控制系統離散模型如下：

其中，x_k是系統的狀態量，y_k是系統的輸出量，u_k是控制器的輸入量，w_k是系統的范數有界干擾信號，f_k是系統需要檢測的故障信號，A、B、C、D₀、F₀、G是適度維數的常數矩陣，ΔA代表網絡控制系統的模型不確定性，D_dx_k-d是狀態時滯的體現，是具有扇形邊界[T₁，T₂]的非線性函數，且滿足

步驟二中所述的魯棒故障檢測濾波器如下：