[發明專利]一種基于網絡的切換時滯系統中間估計器設計方法

有效

• 申請號: 201810566314.6
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108733030B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 王越男;王申全;姜玉蓮;劉克平;紀文呈宇
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于網絡的切換時滯系統中間估計器設計方法，屬于故障診斷與容錯控制領域。本發明解決了在故障及其導數范圍未知的情況下，可以對帶有時變時滯的切換網絡控制系統進行故障估計。首先，引入一個中間變量并且構造出中間估計器來估計同時發生的狀態和故障。然后，基于平均駐留時間和Lyapunov穩定性理論，給出并證明切換時滯網絡控制系統指數穩定的充分條件。并采用同余變換方法去除設計的約束條件來獲得保守性更小的可行性結果。最后，仿真實驗結果說明了所提出方法的有效性。所提方法可以準確地對故障進行跟蹤估計卻沒有觀測器匹配條件的約束，更加適用于實際網絡控制系統。

技術領域

本發明屬于故障診斷與容錯控制領域，特別涉及一種基于網絡的切換時滯系統中間估計器設計方法。

背景技術

切換系統是一類重要的混雜動態系統，是由一系列連續或離散時間子系統和一個調節子系統如何運行的切換律構成。切換時滯系統指的是在切換系統的子系統中含有時滯部分，由于切換系統中時滯現象的普遍存在，并且系統不穩定的主要原因是系統中存在時滯，因此如何消除時滯對切換系統的影響已引起眾多學者的討論。并且隨著科學技術的飛速發展，動態控制系統變得越來越復雜，若某些元件發生故障進而導致整個系統癱瘓的例子十分多見，因此如何提高系統和設備的可靠性與安全性意義重大。故障檢測與隔離技術(FDI)在此背景下不斷發展，為提高系統安全、可靠運行提供了強大技術支持和可靠保障。故障檢測與隔離的基本思想是構建殘差信號來表示故障的發生，并確定故障的類型和位置。但是由于殘差信號不能直接反映故障，是一種間接故障診斷技術，僅使用故障檢測與隔離技術來獲取確切的故障信息是很困難的。與故障檢測和隔離相比，故障估計能夠獲取有關故障的更詳細信息，如故障的幅值、類型以及位置，可用于進一步的故障調節和容錯控制。因此，相比于故障檢測而言，故障估計更具有現實意義，但設計難度無疑增加了許多，是更富有挑戰性的課題。

目前針對切換時滯系統的研究大多采用點對點的控制方式，而基于網絡的切換時滯系統的故障估計問題卻沒有進行深入研究。由于考慮了網絡的作用，時滯現象和數據包丟失的影響不可避免的會出現在故障估計濾波器設計當中，所以研究基于網絡的切換時滯系統的故障估計問題具有十分重要的現實意義。

與無時滯切換系統的故障估計相比，切換時滯系統故障估計的研究一定程度上增加了設計難度，顯然更具有挑戰性。現存的故障估計方法都需要滿足觀測器匹配條件，然而在實際的控制系統中，匹配條件很難滿足。因此，需要提出一種新型的基于網絡的切換時滯系統故障估計方法。本發明所提方法可以很好的對系統進行故障估計卻沒有觀測器匹配條件的約束，并且改進了處理時滯的方法，降低了保守性，更加適用于實際網絡控制系統。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術對切換時滯系統進行故障估計卻要有觀測器匹配條件約束的不足，本發明提供了一種基于網絡的切換時滯系統中間估計器設計方法，當系統發生故障時，所設計的故障估計濾波器能準確地跟蹤故障，使控制系統保持穩定。

本發明所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)、給出帶有時滯的切換系統狀態空間表達式；

(2)、通過對網絡控制系統的分析，測量丟失數據包的過程滿足相互獨立的白噪聲序列，進而給出測量輸出的表達式；

(3)、引入中間變量，設計出基于中間估計器的故障估計濾波器；

(4)、定義誤差變量，得到動態誤差系統，通過線性矩陣不等式求解故障估計濾波器增益；

(5)、根據求解的故障估計濾波器增益，證明動態誤差系統基于平均駐留時間條件下指數穩定的充分條件；

(6)、通過仿真實驗表明，所設計的基于中間估計器的故障估計濾波器增益能夠使動態誤差系統最終一致有界，并且是指數穩定的，同時故障估計能夠準確地跟蹤故障；

優選地，步驟(3)包括以下子步驟：