[發(fā)明專利]一種基于信息交互的多智能體故障檢測(cè)與補(bǔ)償控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410832047.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104698839A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方浩;陳杰;李儼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于信息交互的多智能體故障檢測(cè)與補(bǔ)償控制方法，屬于多智能體控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近些年，隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，多智能體系統(tǒng)的規(guī)模也在飛速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的集中式控制方案，因受到中央節(jié)點(diǎn)運(yùn)算速度及感知范圍的限制，已經(jīng)越來(lái)越難以滿足實(shí)際問(wèn)題的需求。而分布式的控制方案，因其對(duì)單個(gè)智能體自身的要求較低，且具有良好的可擴(kuò)展性而逐漸成為多智能體控制研究的主流。但是值得注意的是，由于在分布式的控制方案中，并不存在一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)來(lái)統(tǒng)籌規(guī)劃所有節(jié)點(diǎn)的行為，這使得系統(tǒng)很容易受到故障節(jié)點(diǎn)和惡意節(jié)點(diǎn)的攻擊，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。因此，對(duì)于分布式的多智能體系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)一套安全高效的故障檢測(cè)方案，使系統(tǒng)能自動(dòng)完成對(duì)故障節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)與修復(fù)，是一項(xiàng)緊迫且擁有廣闊應(yīng)用前景的工作。

針對(duì)分布式多智能體系統(tǒng)的故障檢測(cè)，現(xiàn)有的解決方案主要有以下幾種：

方案1：文獻(xiàn)(I.Shames,A.M.H.Teixeira,H.Sandberg,and?K.H.Johansson.Distributed?fault?detection?for?interconnected?second?order?system[J].Automatica,Oct.2011,to?appear.)和文獻(xiàn)(S.Sundaram?and?C.N.Hadjicostis.Distributed?function?calculation?via?linear?iterations?in?the?presence?of?malicious?agents,part?i:Attacking?the?network[C].American?Control?Conference,june?2008.)提出采用未知輸入觀測(cè)器(UIO)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，積累足夠的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)系統(tǒng)的初始狀態(tài)，進(jìn)而求出系統(tǒng)的最終狀態(tài)，并以此為依據(jù)判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是否滿足預(yù)期要求。采用觀測(cè)器對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是當(dāng)前多智能體系統(tǒng)故障診斷的主流方案。故障信號(hào)在系統(tǒng)中充當(dāng)未知輸入，驅(qū)動(dòng)觀測(cè)器產(chǎn)生誤差輸出，通過(guò)利用誤差信號(hào)對(duì)故障進(jìn)行診斷和補(bǔ)償。

利用未知輸入觀測(cè)器(UIO)進(jìn)行故障診斷有著自身的優(yōu)勢(shì)，如物理意義明確，易于理解；不依賴于物理模型，適用范圍廣等。另外，文獻(xiàn)(Chung,W.H.,?Speyer,J.L.,&?Chen,R.H.A?decentralized?fault?detection?filter[J].Journal?of?Dynamic?Systems,Measurement,and?Control,123(2),237–247,2001)指出，與其它觀測(cè)器，如Beard-Jones故障檢測(cè)濾波器(Beard-Jones?Fault?Detection?Filter)相比，未知輸入觀測(cè)器(UIO)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且很容易應(yīng)用優(yōu)化算法得到近似的最優(yōu)解。但另一方面，該方案也存在一些不足：對(duì)于擁有N個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)而言，為檢測(cè)出其所有鄰接節(jié)點(diǎn)故障所需要的未知輸入觀測(cè)器(UIO)數(shù)目為N+1個(gè)。當(dāng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，或是節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多時(shí)，該方案所需要的數(shù)據(jù)及計(jì)算量將會(huì)十分龐大，這將對(duì)節(jié)點(diǎn)的硬件提出很高的要求。同時(shí)該方案的運(yùn)行還會(huì)占用大量的計(jì)算資源，對(duì)系統(tǒng)的其它控制任務(wù)產(chǎn)生不利的影響。

方案2：文獻(xiàn)(M.Franceschelli,M.Egerstedt,and?A.Giua.Motion?probes?for?fault?detection?and?recovery?in?networked?control?systems[C].American?Control?Conference,pages?4358–4363,june?2008.)提出采用運(yùn)動(dòng)探測(cè)器，通過(guò)施加額外的激勵(lì)信號(hào)來(lái)激勵(lì)網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)判斷當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，借此檢測(cè)出故障節(jié)點(diǎn)。與第一種方案不同，該方案采取的是主動(dòng)檢測(cè)的方式。對(duì)于這一方案，存在的問(wèn)題主要是實(shí)際操作起來(lái)比較困難，激勵(lì)信號(hào)的選取，信號(hào)施加的時(shí)間等都會(huì)受到很多條件的制約。