[發明專利]一種面向通信時滯的多智能體分布式合作故障檢測方法

有效

• 申請號: 201810352886.4
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN109254532B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 方浩;羅明;陳杰;李儼;開昰雄
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允;仇蕾安

1.一種面向通信時滯的多智能體系統分布式合作故障檢測方法，針對多智能體系統進行分布式合作的故障檢測，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一、建立所述多智能體系統的節點動力學模型以及通信時滯模型；

所述多智能體系統中有N個連通的節點，針對所述多智能體系統的信息交互網絡圖為其中為所述信息交互網絡圖中的頂點的集合，同時也表示所述多智能體系統中的節點的集合；為所述信息交互網絡圖中的邊的集合；若節點i能夠將自身信息傳輸給節點j，則稱節點i為節點j的鄰接節點，即(i,j)∈ε_N；記為節點i的鄰接節點集，為的其基數；此外，信息交互網絡圖為無向圖，即

則所述建立所述多智能體系統的節點動力學模型、以及通信時滯模型，具體為：

步驟101、建立所述多智能體系統的描述系統故障的節點動力學連續模型為：

y_i(t)＝C_px_i(t)+D_dpd_i(t)+D_fpf_i(t)

其中i為節點i，i＝{1,2,…,N}，x_i(t)表示節點i在t時刻的狀態，u_i(t)表示節點i在t時刻的控制輸入量；y_i(t)表示節點i在t時刻的測量輸出向量；矩陣A_p、B_p、C_p、B_dp、B_fp、D_dp和D_fp為已知維度的常值矩陣；d_i(t)表示節點i在t時刻的有界外部擾動，d_i(t)為未知信號，滿足||d_i||₂≤Δd，Δd為d_i(t)的邊界范圍值；f_i(t)表示節點i在t時刻的故障信號，即如果f_i(t)≠0則節點i在t時刻發生故障；

步驟102、設定采樣周期為T，且采用零階保持器，則對上述節點動力學連續模型進行離散化后得到如下離散模型，即為所述節點動力學模型：

x_i(k+1)＝Ax_i(k)+Bu_i(k)+B_dd_i(k)+B_ff_i(k)

y_i(k)＝Cx_i(k)+D_dd_i(k)+D_ff_i(k)

其中k為采樣點；x_i(k)表示節點i在采樣點k處的狀態，u_i(k)表示節點i在采樣點k處的控制輸入量；y_i(k)表示節點i在采樣點k處的測量輸出向量；A、B、B_d、B_f、C、D_d、D_f分別用于指代矩陣A_p、B_p、C_p、B_dp、B_fp、D_dp和D_fp；其中C＝C_p，D_d＝D_dp，D_f＝D_fp；

步驟103、設定采樣點k處節點i和節點j之間的通信時滯為τ_ij(k)，以表示節點j在k時刻通過傳感器檢測到的節點i的輸出量，其中考慮到通信時滯，可以表示為：

而y_i(k)與之間的差值為：

其中即為通信時滯模型，表示節點i和j之間的通信時滯的影響；

步驟二：建立參考模型，所述參考模型為網絡通信中不存在通信時滯情況下具有最佳性能的殘差生成器模型；

所述參考模型為：

其中表示采樣點k處節點j對節點i的狀態估計；表示采樣點k處節點j對節點i的輸出估計；表示采樣點k處節點j對節點i的殘差信號；

L_ref和V_ref為殘差系數，二者為優化問題

的解

解得

V_ref＝V₀；

其中V₀為列滿秩矩陣H的左逆，而H滿足

(X,L₀)為離散代數黎卡提Riccati系統的穩定解：

令結合所述節點動力學模型和所述參考模型得到：

步驟三：通過與所述參考模型進行模型匹配，結合最佳匹配的指標以及離散系統有界實引理，設計針對所述多智能體系統的殘差生成器；

具體為：

步驟301、建立針對所述多智能體系統的基于觀測器的殘差生成器為：

其中表示所述基于觀測器的殘差生成器中節點j對節點i在采樣點k處的狀態估計；表示所述基于觀測器的殘差生成器中節點j對節點i在采樣點k處的輸出估計；r_i^j(k)表示所述基于觀測器的殘差生成器中節點j對節點i在采樣點k處的殘差信號；

矩陣L為觀測器的增益矩陣，V表示殘差權值矩陣；矩陣L和V為兩個待設計的矩陣，設計的原則是使最終得到的所述多智能體系統的殘差生成器與所述參考模型實現最佳匹配

步驟302、令結合式所述節點動力學模型、所述通信時滯模型和所述基于觀測器的殘差生成器求得：

則結合

以及

得到：

r_e(k)即為所述多智能體系統的殘差生成器；

步驟四：針對所述多智能體系統中的被檢測節點，提取所述被檢測節點的所有鄰居節點建立合作故障檢測子網絡，利用所述合作故障檢測子網絡中的節點的信息交互，使鄰居節點合作完成檢測，結合所述多智能體系統的殘差生成器，得到針對所述被檢測節點的殘差信號結果；

步驟五：針對所述殘差信號結果與預設的閾值函數進行比較，以比較結果作為判斷所述被檢測節點的故障檢測結果。