[發明專利]一種傳感器飽和約束下網絡化系統的隨機故障檢測方法

有效

• 申請號: 201810205440.9
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108445759B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 潘豐;高敏;鄒金鵬
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 21200 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

1.一種傳感器飽和約束下網絡化系統的隨機故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立存在隨機故障、隨機時延和傳感器飽和的網絡化系統的數學模型：

其中：為網絡化系統的狀態向量；為帶傳感器飽和的網絡化系統的測量輸出向量；為有限能量的未知輸入向量，w(k)∈l₂[0,∞]；為待檢測的故障信號向量；τ_i(k)，(i＝1,2,…,q)代表離散時延，τ_m≤τ_i(k)≤τ_M，τ_m和τ_M分別代表時延的上限和下限；為系統的常數矩陣；是傳感器飽和中的非線性部分，屬于[L₁，L₂]，和是對角矩陣，L₂-L₁是對稱正定矩陣；α(k)表示網絡化系統中隨機故障發生的概率，b_i(k)(i＝1,2,…,q)表示網絡中隨機時延發生的概率，網絡化系統中隨機故障和網絡中隨機時延發生的概率滿足Bernoulli 0-1序列分布：

其中：和是已知的常數，prob{·}表示事件發生概率，Var{·}表示方差，E{·}表示數學期望；

2)設計故障檢測濾波器：

其中：為網絡化系統的狀態估計向量；為故障檢測濾波器的輸入向量；

為故障檢測濾波器輸出的殘差信號向量；是需要被確定的故障檢測濾波器的參數；

故障檢測濾波器的輸入向量為：

y_f(k)＝δ(k)(φ(Cx(k))+L₁Cx(k)+D₂w(k)) (3)

其中：δ(k)表示發生在傳感器和故障檢測濾波器之間的網絡的隨機丟包情況，滿足Bernoulli 0-1序列分布：

其中：是已知的常數；

用殘差評估機制來檢測網絡化系統的故障是否發生，殘差評價函數J(k)和閾值J_th分別為式(4)和式(5)：

其中：L為評估的時間長度；

由式(6)檢測網絡化系統是否發生故障：

3)網絡化系統均方指數穩定和故障檢測濾波器存在的充分條件為：

其中：*代表對稱位置矩陣的轉置，

是未知的矩陣，I是單位矩陣，0是零矩陣，是給定的常數，γ>0是給定的指標；

給定正標量以及一個γ>0的指標，利用Matlab LMI工具箱求解不等式(7)，當不等式(7)有解時，存在正定矩陣P，Q_j(j＝1,2,…q)，矩陣G,網絡化系統是均方指數穩定的，且滿足H_∞性能指標，能獲得故障檢測濾波器參數，能繼續進行步驟4)；當不等式(7)無解時，網絡化系統不是均方指數穩定的，且不能獲得故障檢測濾波器參數，不進行步驟4)，結束；

4)計算最優故障檢測濾波器參數

根據求出性能指標γ，利用Matlab LMI工具箱求解最優化問題：

其中，e(k)＝r(k)-f(k)為殘差誤差信號，θ(k)＝[w^T(k) f^T(k)]^T；

當式(8)有解時，最優的Η_∞性能指標為γ_min，得到最優故障檢測濾波器參數為：

其中：是非奇異矩陣；

當式(8)無解時，則不能獲得最優故障檢測濾波器，結束；

5)網絡化系統隨機故障檢測

根據網絡化系統實際運行時得到的故障檢測濾波器的輸入y_f(k)，由故障檢測濾波器式(2)得到故障檢測濾波器輸出的殘差信號r(k)，然后由式(4)和式(5)計算得到殘差評價函數J(k)和閾值J_th，最后由式(6)判斷隨機故障是否發生。