[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

本發明公開了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，能夠降低通信時滯的影響，提高故障檢測的可靠度。包括如下步驟：建立多智能體系統的節點動力學模型以及通信時滯模型；建立參考模型；通過與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，設計針對多智能體系統的殘差生成器；針對多智能體系統中的被檢測節點，提取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，結合多智能體系統的殘差生成器，得到針對被檢測節點的殘差信號結果；針對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被檢測節點的故障檢測結果。

技術領域

本發明涉及多智能體控制技術領域，具體涉及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。

背景技術

近年來，隨著多智能體系統在衛星編隊飛行、地面無人車輛、智能移動機器人、電網系統和傳感器網絡等眾多領域的廣泛應用，關于多智能體系統的研究也得到了廣泛的關注。在多智能體系統中，一旦某些智能體發生故障，將會隨著節點間的信息交互影響整個網絡系統，所以多智能體系統的故障檢測是目前熱門研究的課題。隨著多智能體系統的規模的不斷擴大，傳統的集中式故障檢測方案，受到中央節點運算速度及感知范圍的限制，已經越來越難以滿足實際問題的需求。而分布式的故障檢測方案，因其對單個智能體自身的要求較低，且具有良好的可擴展性而逐漸成為研究的主流。在實際工程中，節點之間的網絡通信不可避免的存在時滯，這將會影響節點的故障檢測結果。

針對面向時滯的故障檢測，現有的解決方案主要有以下幾種：

現有技術方案1：文獻(Zhong M,Liu Y,Ma C.Observer-Based Fault Detectionfor Networked Control Systems with Random Time-delays[C]InternationalConference on Innovative Computing,Information and Control.IEEE ComputerSociety,2006:528-531.)將一個采樣周期劃分成N份，通信時滯在其中任意一份取值的概率相等，借助傳統的隨機系統建模方法來描述時滯的影響，將殘差生成器的設計問題轉化為一個H_∞優化問題，并根據離散時間黎卡提(Riccati)方程求出最優解。這個方案的不足之處在于假設時滯長短在一個采樣周期內是等概率的，這在現實情況中是一個很強的假設，實際工程中系統通信的時滯的長短受到通信硬件等等各方面的影響，用等概率去刻畫模型可能會使得故障檢測的可靠度降低，另外此方案只能解決時滯小于一個采樣周期的故障檢測問題。

現有技術方案2：文獻(YE H,DING S X.Fault detection of networked controlsystems with network-induced delay[C]Proceedings of the 8th InternationalConference on Control,Automation,Robotics and Vision.China:IEEE,2004:294–297.)和(WANG Y Q,YE H,CHENG Y,et al.Fault detection of NCS based onEigendecomposition and Pade Approximation[C]Proceedings of IFAC Safeprocess.Beijing,China:IFAC,2006:937–941.)提出基于結構矩陣的方法，用泰勒展開或是帕德(Pade)逼近的方法去逼近系統方程中帶有時滯的項，然后利用等價空間方法實現對所得結構矩陣的解耦，在此基礎上構造殘差生成器從而進行故障檢測。與第一種方案不同，該方案中通信時滯是未知且時變的。這一方案其形式直觀且易于實現，且帕德(Pade)逼近的方法相較于泰勒展開逼近更為準確，針對時滯比較小的情況，帕德(Pade)逼近能夠很好的逼近于真實項，但是當時滯較大時，其逼近誤差也會變大，這可能導致故障檢測的可靠度降低；此外該方法需要實時在線計算殘差生成器的參數,因此計算量較大。